JP5724659B2 - Apparatus and method for injecting reducing material into blast furnace - Google Patents
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Description
本発明は、高炉への還元材吹込み装置および方法に関し、特に吹込みランスへの逆流等を防止して、高炉に安定かつ確実に還元材を吹込むための還元材吹込み装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for injecting a reducing material into a blast furnace, and more particularly to an apparatus and method for injecting a reducing material into a blast furnace in a stable and reliable manner while preventing a backflow to an injection lance.
一般に、最近の高炉においては、高出銑比、低コークス比操業を達成する手段として、都市ガス(LNG)等の気体還元材の炉内への吹込みが行われていることが多く、また同時に微粉炭等の固体(粉粒)還元材の吹込みも行われていることも多い。これら還元材吹込みは上記のような操業上の利点のみならず、CO2発生の抑制効果による地球環境への負荷低減の観点からも重要である。 In general, in recent blast furnaces, gas reducing materials such as city gas (LNG) are often injected into the furnace as a means to achieve high output ratio and low coke ratio operation. At the same time, blowing of a solid (powdered) reducing material such as pulverized coal is often performed. The blowing of these reducing materials is important not only from the operational advantage as described above, but also from the viewpoint of reducing the burden on the global environment due to the effect of suppressing the generation of CO 2 .
一般に、高炉への還元材の吹込みは、図1(a)に高炉の全体図、図1(b)に図1(a)の部分拡大図、図1(c)に図1(b)の部分拡大図を示すように、高炉1の炉壁2に取り付けられているブローパイプ4内へ吹込みランス(以下、単に「ランス」ともいう)10から還元材を吹込むことによって達成される。ブローパイプ4は羽口5と直結しており、熱風炉(図示せず)から環状管3を経由して供給された高温高速空気が流れているパイプである。還元材の吹込みは炉内圧力との関係で達成されることになるため、吹込み圧力不足等による操業上の不具合発生、およびランス10内への高温高速空気の逆流等による異常燃焼発生等の危険現象の回避については十分に考慮する必要がある。
In general, the reducing material is injected into the blast furnace as shown in FIG. 1 (a), an overall view of the blast furnace, FIG. 1 (b), a partially enlarged view of FIG. 1 (a), and FIG. As shown in FIG. 2, the reduction material is blown into the
そこで、高炉に安定かつ確実に還元材を吹込むために、これまで、特許文献1、2等に記載の技術が開示されている。
Therefore, in order to stably and reliably blow the reducing material into the blast furnace, techniques described in
しかしながら、本発明者らが検討したところによれば、上記特許文献1、2に記載の技術には以下のような問題点があることが分かった。
However, as a result of investigations by the present inventors, it has been found that the techniques described in
特許文献1については、基本的にランスの配置について述べられているが、吹込むための前提となる還元材供給圧力、流量等についてはほとんど述べられておらず、また、通常操業の範囲において炉内圧力等の操業状況が変化した場合にも当該ランス配置が必ずしも最適であるとは言い切れない。
特許文献2については、炉内圧力に対して還元性ガスの所定吹込み圧力を維持すること、吹込み圧力が所定値を下回った場合の実施内容等について述べられているが、吹込み圧力が低下する状況に至る原因そのものの解消方法については述べられていないため、対処療法的である。また、仮にランスが何らかの原因により閉塞した場合、実際は吹込みが不可能な状況になっているにも関わらず、吹込み圧力が所定値を上回っているように検知される可能性もあり、その場合には何ら対応できない。 Patent Document 2 describes maintaining the predetermined blowing pressure of the reducing gas with respect to the pressure in the furnace, the contents of implementation when the blowing pressure falls below a predetermined value, and the like. It is coping therapy because there is no mention of how to eliminate the cause of the declining situation. In addition, if the lance is blocked for some reason, it may be detected that the blowing pressure exceeds a predetermined value even though the blowing is actually impossible. I can't handle anything.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高炉への還元材吹込みを行うに際して、吹込みランスへの高温高速空気の逆流等を的確に防止し、高炉に安定かつ確実に還元材を吹込むことができる還元材吹込み装置および方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and when the reducing material is blown into the blast furnace, the high-speed high-speed air backflow to the blowing lance is accurately prevented, and the blast furnace is stable. It is an object of the present invention to provide a reducing material blowing apparatus and method that can reliably blow the reducing material.
本発明者らは、前記課題を解決するために様々な検討を行った結果、以下の知見を得た。 As a result of various studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the following knowledge.
すなわち、まず、高温高速空気が逆流することなくランスから還元材が炉内に吹き込まれるための前提条件として、常に「ランス先端圧力>炉内圧力」の関係を満たす必要がある。その上で、ランスへの高温高速空気の逆流を的確に防止するためには、ランス自体もしくはランス上流の配管系統に絞り機構を設ければ良い。さらに、還元材を断続的ではなく連続的に吹込めば良く、加えて、還元材の供給量に応じて還元材を吹込むランスの本数を増減させれば良い。 That is, first, as a precondition for the reducing material to be blown from the lance into the furnace without backflow of the high-temperature high-speed air, it is necessary to always satisfy the relationship of “lance tip pressure> furnace pressure”. In addition, in order to accurately prevent the backflow of the high-temperature high-speed air to the lance, a throttling mechanism may be provided in the lance itself or a piping system upstream of the lance. Furthermore, the reducing material may be blown continuously instead of intermittently. In addition, the number of lances into which the reducing material is blown may be increased or decreased according to the supply amount of the reducing material.
本発明は、上記の知見に基づいたものであり、以下のような特徴を有している。 The present invention is based on the above findings and has the following characteristics.
[1]高炉のブローパイプ内に還元材を吹込む装置であって、吹込みランス自体もしくはランス上流の配管系統に絞り機構を備えていることを特徴とする高炉への還元材吹込み装置。 [1] An apparatus for blowing a reducing material into a blow pipe of a blast furnace, wherein the blowing lance itself or a piping system upstream of the lance includes a throttle mechanism.
[2]還元材を連続的に吹込むことを特徴とする前記[1]に記載の高炉への還元材吹込み装置。 [2] The reducing material blowing device into the blast furnace according to [1], wherein the reducing material is continuously blown.
[3]ランス先端圧力が炉内圧力より大きくなるように、還元材の供給量に応じて還元材を吹込むランスの本数を増減することを特徴とする前記[1]または[2]に記載の高炉への還元材吹込み装置。 [3] The above [1] or [2], wherein the number of lances into which the reducing material is blown is increased or decreased in accordance with the supply amount of the reducing material so that the lance tip pressure becomes larger than the furnace pressure. Equipment for injecting reducing material into the blast furnace.
[4]高炉のブローパイプ内に還元材を吹込む方法であって、吹込みランス自体もしくはランス上流の配管系統に絞り機構を設けることを特徴とする高炉への還元材吹込み方法。 [4] A method for injecting a reducing material into a blow pipe of a blast furnace, wherein a reducing mechanism is provided in the injecting lance itself or a piping system upstream of the lance.
[5]還元材は連続的に吹込むことを特徴とする前記[4]に記載の高炉への還元材吹込み方法。 [5] The method of injecting the reducing material into the blast furnace according to [4], wherein the reducing material is continuously injected.
[6]ランス先端圧力が炉内圧力より大きくなるように、還元材の供給量に応じて還元材を吹込むランスの本数を増減することを特徴とする前記[4]または[5]に記載の高炉への還元材吹込み方法。 [6] The above-mentioned [4] or [5], wherein the number of lances into which the reducing material is blown is increased or decreased according to the supply amount of the reducing material so that the lance tip pressure becomes larger than the furnace pressure. Of reducing material into the blast furnace.
本発明においては、ランスへの逆流を的確に防止して、高炉に安定かつ確実に還元材を吹込むことができるようになる。その結果、炉況がより安定化する。また、ランス関係のトラブル頻度も大幅に低下するため、トラブル発生による高炉減風すなわち出銑量低下の回避、および破損箇所の補修費の削減というメリットもある。 In the present invention, the backflow to the lance can be accurately prevented, and the reducing material can be stably and reliably injected into the blast furnace. As a result, the furnace condition becomes more stable. In addition, since the frequency of troubles related to lances is greatly reduced, there are also merits of avoiding a blast furnace wind-down, that is, a reduction in the amount of dredging due to the occurrence of trouble, and reducing repair costs for damaged parts.
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示したように、一般に、高炉1においては、熱風炉から環状管3を経由して供給される高温空気を、ブローパイプ4を通じて炉体下部の円周上に均等配置された羽口5から炉内に吹き込んでいる。本発明においても、炉内への還元材供給はブローパイプ4内に差し込んだランス10を通じて行うものとする。
As shown in FIG. 1, in general, in a
高炉においては、基本的に炉頂より原料を投入、下部より高温空気および還元材を供給している。原料は最終的に炉床より溶銑として出銑され、高温空気および還元材は最終的に炉頂より高炉ガスとして排出される。炉内は大まかには鉱石とコークスが交互に積み重なった充填層となっており(ただし、炉内下部では各層の融着が進行しているため明確に層があるわけではない)、安定した炉内状態を維持するための操業パラメータの1つとして炉内圧力PBFがある。現実の操業においては、充填層の状態は時々刻々と変化するので、それに伴い充填層の通気抵抗も変化し、その結果として炉内圧力PBFは、
Pave−ΔP≦PBF≦Pave+ΔP
の範囲で変動する。ここで、Pave:炉内圧力平均値、ΔP:炉内圧力変動幅の1/2である。
In a blast furnace, raw materials are basically charged from the top of the furnace, and hot air and a reducing material are supplied from the bottom. The raw material is finally discharged from the hearth as molten iron, and the high-temperature air and the reducing material are finally discharged from the top of the furnace as blast furnace gas. The inside of the furnace is roughly a packed bed with ore and coke stacked alternately (however, there is no clear layer at the bottom of the furnace because the layers are fused), and a stable furnace One of the operation parameters for maintaining the internal state is the furnace pressure PBF . In actual operation, since the state of the packed bed changes from moment to moment, the ventilation resistance of the packed bed also changes accordingly. As a result, the furnace pressure P BF is
P ave −ΔP ≦ P BF ≦ P ave + ΔP
It fluctuates in the range. Here, P ave : furnace pressure average value, ΔP: half of the furnace pressure fluctuation range.
そこで、まず、ランス先端圧力PLは常に、以下の関係を満たすようにする必要がある。
ランス先端圧力PL>炉内圧力PBF
Therefore, first, the lance tip pressure P L always need to satisfy the following relationship.
Lance tip pressure P L > Furnace pressure P BF
なぜなら、流体は圧力勾配に沿って流れるため、もし、
ランス先端圧力PL<炉内圧力PBF
となった場合、高温高速空気がランス内に逆流、還元材供給配管系統で逆火する可能性があるからである。
Because the fluid flows along the pressure gradient,
Lance tip pressure P L <furnace pressure P BF
This is because the high-temperature high-speed air may flow back into the lance and backfire in the reducing material supply piping system.
その上で、本発明においては、ランス10に絞り機構を設けることによって、ランス10への高温高速空気の逆流を的確に防止するようにしている。
In addition, in the present invention, by providing the
図2に、本発明で用いる吹込みランス10Aと従来の吹込みランス10Zとの比較を示す。図2(a)に示す従来の吹込みランス10Zは、ランス管11単体であるが、図2(b)に示す本発明で用いる吹込みランス10Aは、ランス管11の内部に絞り機構12を備えている。絞り機構12は単純には制限オリフィスで良い。絞り機構(オリフィス)12は言い換えれば圧損ΔPoであり、オリフィス12の設置により、上流側圧力PBF+ΔPoに対し下流側圧力はPBFとなる。その結果、図2(b)のようにオリフィス12の下流側から上流側に逆流することがなくなるため、逆流防止装置の役割を果たすことになる。オリフィス12の設置位置については、上述の理由よりランス管11の先端が最も望ましい。ランス管11内部への逆流を効果的に抑制できるからである。
FIG. 2 shows a comparison between the blowing
なお、本発明ではランス10自体に絞り機構12を設けているが、ランス10の上流の還元材供給配管系統に絞り機構12を設けることでもよい。
In the present invention, the
そして、本発明においては、還元材を断続的ではなく連続的に吹込むようにしている。還元材を断続的に吹込む場合、吹込みを停止した瞬間もしくは吹込み停止中に、ブローパイプ4内の圧力変動によりランス管11内に微粉炭が逆流し、融着が発生する頻度が高くなる可能性がある。微粉炭以外の還元材の逆流による不具合発生の頻度が高まる可能性についても然りである。さらには、還元材は常温であることが多く、還元材吹込みそのものにランス冷却効果も期待していることが多いため、吹込み停止中はランス冷却ができず、ランス管11の温度が送風温度の1100℃程度まで上昇、材質劣化し溶損してしまう(なお、還元材吹込み停止中は、ランス冷却のために不活性ガスを替わりに吹込んでいることが多い)。この点からも還元材は連続吹込みが望ましい。
In the present invention, the reducing material is blown continuously instead of intermittently. When the reducing material is blown intermittently, the pulverized coal flows back into the
また、操業状況に応じて還元材の供給量も変更する必要があるが、本発明においては、供給量に応じて吹込むランスの本数を選択可能にしている。 Moreover, although it is necessary to change the supply amount of a reducing material according to an operation condition, in this invention, the number of the lances blown in according to the supply amount is selectable.
一般に、高炉1にはその内容積に応じて数十本の羽口5が設置されており、ランス10は基本的には羽口5すなわちブローパイプ4毎に設置される。還元材供給量が低下する際、数十本のランス10の全てに還元材を均等に供給していたのでは、ランス10毎の流量が少なくなりすぎて、炉内圧力PBFが変動した際にランス管11内に逆流する可能性がある。
In general, several tens of
そこで、それを回避するためには、本発明においては、還元材供給量の低下に応じて、所定のランス10Aのみから還元材を供給することとし、ランス10Aの1本あたりの最低流量を下回らないように、すなわち、ランス先端圧力PLが炉内圧力PBFより大きくなるようにしている。そのために、図3に示すように、数十本のランス10Aのそれぞれに流量調整弁24を設けるか、もしくはランス10Aを何本かをまとめたグループ毎に流量調整弁23を設けるようにしている。なお、図3において、21は還元材供給配管であり、22は何本かのランス10Aをまとめてヘッダとなるリング管である。
Therefore, in order to avoid this, in the present invention, the reducing material is supplied only from the
このようにして、本発明においては、ランス管11内に絞り機構(オリフィス)12を備えたランス10Aを用いているので、ランス管11への逆流が防止されて、高炉に安定かつ確実に還元材を吹込むことができるようになる。
In this way, in the present invention, since the
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
本発明の実施例を以下に示す。 Examples of the present invention are shown below.
まず、従来例として、図2(a)に示したような従来のランス10Zを用いて、還元材の吹込みを行った。その際に、ランス10Zの上流には手動の流量調整弁を設置した。また、ランス先端圧力PL<炉内圧力PBFとなるタイミングがあり、還元材の吹込みは断続的であり(停止中は不活性ガスを吹込んでいた)、還元材供給量が変化しても全てのランス10Zから還元材の吹込みを実施した。 First, as a conventional example, a reducing material was injected using a conventional lance 10Z as shown in FIG. At that time, a manual flow rate adjusting valve was installed upstream of the lance 10Z. In addition, there is a timing when the lance tip pressure P L <furnace pressure P BF , the reducing material is blown intermittently (inert gas was blown during the stop), and the reducing material supply amount changes. In addition, the reducing material was blown from all the lances 10Z.
これに対して、本発明例として、図2(b)に示したようなランス10Aを用いて、還元材の吹込みを行った。その際に、図4(a)に全体図、図4(b)に部分拡大図を示すように、ランス10A群について、リング管22をヘッダとして5グループに分け、リング管22上流の還元材供給配管21に高炉運転室から操作も可能な自動の流量調整弁23を設置した。さらに、ランス先端圧力PL>炉内圧力PBFの関係を常に保つものとし、還元材の吹込みは連続的とし、還元材供給量が所定値を下回る場合には、自動の流量調整弁23により特定のランス10Aを自動で停止する条件とした。それ以外は従来例と同等の操業条件とした。
On the other hand, as an example of the present invention, a reducing material was injected using a
その結果、本発明例では従来例に比べて逆流の発生を的確に防止することができた。その結果、高炉の安定操業に大きく寄与することができた。 As a result, in the example of the present invention, it was possible to prevent the occurrence of backflow accurately compared to the conventional example. As a result, it was able to greatly contribute to the stable operation of the blast furnace.
1 高炉
2 炉壁
3 環状管
4 ブローパイプ
5 羽口
10 吹込みランス
10A 吹込みランス
10Z 吹込みランス
11 ランス管
12 絞り機構(オリフィス)
21 還元材供給配管
22 リング管
23 流量調整弁
24 流量調整弁
DESCRIPTION OF
21 Reducing
Claims (4)
前記ブローパイプ毎に設置される吹込みランス自体もしくはランス上流の配管系統に絞り機構を備えており、
ランス先端圧力PL>炉内圧力PBFの関係を常に保つものとし、
還元材供給量が低下して最低流量を下回る場合には、複数の前記ランスのうちの一部の還元材吹込みを停止し、停止したランス以外のランスの還元材吹込みを行うことを特徴とする高炉への還元材吹込み装置。 An apparatus for continuously blowing a reducing material into a blow pipe attached to a plurality of blast furnaces,
The blower lance itself installed for each blow pipe or the piping system upstream of the lance has a throttle mechanism,
The relationship of lance tip pressure P L > furnace pressure P BF is always maintained,
When the reducing material supply amount decreases and falls below the minimum flow rate, a part of the plurality of lances is stopped, and the reducing material is blown into a lance other than the stopped lances. A reductant injection device for the blast furnace.
前記ブローパイプ毎に設置される吹込みランス自体もしくはランス上流の配管系統に絞り機構を設けており、
ランス先端圧力PL>炉内圧力PBFの関係を常に保つものとし、
還元材供給量が低下して最低流量を下回る場合には、複数の前記ランスのうちの一部の還元材吹込みを停止し、停止したランス以外のランスの還元材吹込みを行うことを特徴とする高炉への還元材吹込み方法。 A method in which a reducing material is continuously blown into a blow pipe attached to a plurality of blast furnaces,
A throttle mechanism is provided in the blowing lance itself installed in each blow pipe or the piping system upstream of the lance,
The relationship of lance tip pressure P L > furnace pressure P BF is always maintained,
When the reducing material supply amount decreases and falls below the minimum flow rate, a part of the plurality of lances is stopped, and the reducing material is blown into a lance other than the stopped lances. A method for injecting reducing material into the blast furnace.
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