JP5782808B2 - 高炉への微粉炭の吹込み方法およびその設備 - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭を高炉内へ吹き込むための吹込み方法およびその吹込み設備に関するものであり、高炉の操業指標として使用される「微粉炭吹込み比」（以下、「ＰＣＲ」と略記する）の調整可能範囲の拡大を図ろうとするものである。

高炉への微粉炭の吹込みは、吹込みタンク内に貯留された微粉炭を、窒素ガスを利用して圧送することで行われているが、該吹込みタンクから分配器に至るまでは、通常、１系統の送給配管設備（以下、「共通配管」と記す。）が使用されている。

また、前記分配器と高炉羽口とをつなぐ送給配管（以下、「吹込み配管」と記す。）は、高炉羽口の数に応じて複数系統に分岐されていて、該分配器によって振り分けられた微粉炭は、該吹込み配管を通じて各高炉羽口へと送給され、そこに設置された吹込みランスを通して該高炉羽口内に吹込まれるのが一般的になっている。

前記吹込みタンクと前記分配器とをつなぐ１系統の共通配管および前記分配器と高炉羽口とをつなぐ吹込み配管は、その径が、目標とする微粉炭吹込み量に応じてそれぞれ所定の寸法(固定値)に設計されているのが普通である。従って、前記ＰＣＲとしては自ずと調整可能範囲(上、下限値)が存在することになる。

かかるＰＣＲ調整可能範囲のうち、その下限値は、前記共通配管および複数の吹込み配管のそれぞれに対して存在する。例えば、減産、減風等の時に、もしその下限値を下回る吹込み量で微粉炭の吹込みを継続すると配管の閉塞を起こすという不具合がある。

このため、従来は、吹込み配管の一部で微粉炭の送給を停止する、所謂、間引き操業を行うことで、高炉全体としてのＰＣＲを低下させて配管自体の閉塞を回避するようにしていた。

また、これに関連する先行技術としては、共通配管部分を配管径の異なる２系統とし、吹込み量が大きい場合は大配管径側を使用する一方、吹込み量が小さい場合は小配管径側を使用することでＰＣＲの調整可能範囲の拡大を図るようにした特許文献１に開示のような技術も知られている。

特開平９−２２７９１２号公報

ところで、上記の間引き操業では、吹込み継続羽口と吹込み停止羽口との間で羽口先温度の較差が拡大したり、荷下がり速度の偏差が発生したりする等、高炉円周方向のバランスの悪化が避けられず、コークス比の増加やコストの上昇等を招くという問題があった。

また、上記特許文献１では、共通配管部での制約は緩和される傾向にはあるものの、吹込み配管側での改善効果が期待できず、ＰＣＲ調整範囲が狭く、ＰＣＲを大幅に低下させる場合には間引き操業が避けられないという問題があった。

そこで本発明の目的は、微粉炭の吹込みに当たって生じていた上記のような問題を招くことなく、上記ＰＣＲの調整可能範囲の拡大を図ることができる微粉炭の吹込み方法およびその設備を提案することにある。

本発明は、高炉羽口の送風通路内に、炉内を指向して配置された吹込みランスを通じて高炉内に微粉炭を吹込む方法において、
前記高炉羽口内に、微粉炭を貯留する吹込みタンクから分配器を経て吹込みランスに至るまでの送給経路がすべて異なり、かつ先端が揃った複数の吹込みランスを配置して、それぞれの吹込みランスにて微粉炭を個別に吹込むことを特徴とする高炉への微粉炭の吹込み方法である。

また、本発明は、高炉羽口の送風通路内に配置され、吹込みタンクにつながる送給経路を通して圧送された微粉炭を高炉内に吹込む吹込みランスを備えた微粉炭吹込み設備であって、
前記吹込みランスは、微粉炭を貯留する吹込みタンクから分配器を経て吹込みランスに至るまでの送給経路がすべて異なり、かつ先端が揃った少なくとも二本の吹込みランスからなる、ことを特徴とする微粉炭吹込み設備を提案する。

なお、本発明においては、送給経路の異なる複数の前記吹込みランスからは、銘柄、硬さもしくは燃焼性の異なる微粉炭をそれぞれ吹込むことが好ましい解決手段を提供することができる。

また、本発明においては、前記少なくとも二本の吹込みランスの送給経路は、互いに対応する部分での断面積が相互に異なるものである、ことが好ましい解決手段を提供することもできる。

１つの高炉羽口に対して吹込みランスを複数（少なくとも二本）配置し、各吹込みランスには異なる送給経路を付与して独立（個別）して微粉炭を吹込むようにしたため、例えば、微粉炭の吹込み量を少なくするような場合においては、単一の吹込みランスを用いた吹込みを行えばよく、これにより、全高炉羽口による微粉炭の吹込みを維持したままでＰＣＲの低減を図ることが可能となり、間引き操業で生起していたような不具合が回避されるようになる。

従って、従来設備では減産時または減風時に熱バランスをとるために羽口を間引いて(ＰＣを停止)全体のＰＣＲを下げたときに問題となっていた、羽口間の羽口先温度較差の拡大(円周方向バランスの悪化)およびそれに伴うコークス比の上昇、コストの上昇を抑制することができる。

また、溶銑の増産を目指す高炉操業では、全ての吹込みランスから微粉炭を吹き込む運転状態に切り替えればよく、これにより、ＰＣＲを高めることができる。

さらに、微粉炭の吹込み系統で設備トラブルが発生した場合、従来の設備では単一の吹込み系統しか持たないために、微粉炭の吹込みを停止せざるを得ず、還元材比(還元材比＝微粉炭吹込み比＋コークス比)の大幅低下により大幅減産につながっていたが、本発明では、何れかの吹込み系統を通して微粉炭の吹込みが可能であり、設備トラブルによる悪影響が極めて小さい。

本発明に従う微粉炭吹込み設備を模式的に示した図である。 本発明に従う微粉炭の吹込みにおける高炉出銑比と上下限ＰＣＲの関係を示したグラフである。 従来法による出銑比ＰＣＲの関係を示したグラフである。 従来の微粉炭吹込み設備を模式的に示した図である。 間引き操業を行う場合における高炉出銑比と下限ＰＣＲの変化状況を示した図である。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明を実施するのに用いて好適な吹込み設備を模式的に示した図である。ここに、この例では、二本の吹込み系統を備えたものを例として示してある。

図における符号１、２は、微粉炭を貯留する吹込みタンクである。この吹込みタンク１、２は、吹込み系統毎に設けられるもので、２基で一組とした例（１基は予備タンクとして使用される。）で示してある。また、３、４は吹込みタンク１、２からそれぞれ圧送された微粉炭を所定量に振り分ける分配器である。

また、５、６は吹込みタンク１，２と分配器３、４をそれぞれつなぐ送給配管である。この送給配管５、６には、微粉炭に窒素ガスを混合するための混合器７、８が設けられている。混合器７は、第１混合器７ａ、第２混合器７ｂからなり、混合器８は、第１混合器８ａ、第２混合器８ｂからなっている。

また、９、１０は分配器３，４の下流側（高炉側）においてつながる吹込み配管である。この吹込み配管９，１０は、高炉に設けられた羽口と同数に分岐されており、該分配器３、４によって振り分けられた所定量の微粉炭が高炉羽口において吹き込まれる。

また、１１は、高炉周壁に設けられた高炉羽口（高炉の周囲に配置された複数の羽口のうちの１つを表示している。）、１２、１３は高炉羽口１１の送風通路内に配置された吹込みランスである。この吹込みランス１２、１３は、送給経路が異なる吹込み配管９、１０にそれぞれつながっており、吹込みタンク１、２から圧送された微粉炭をそれぞれ個別に独立に吹込むことができるようになっている。

上記の吹込み配管９、１０には、さらに、圧力調整用のツイヤー１４、１５、微粉炭遮断弁１６ａ、１７ａ、羽口遮断弁１６ｂ、１７ｂ、吹込みコック１８、１９が設けられている。

上記の設備は、１つの高炉羽口１１に対して吹込みランス１２、１３が２つ配置されたダブルランス構造としたものであり、しかも吹込みランス１２、１３は、送給経路が異なる吹込み配管９、１０につながっているため、各吹込みランス１２、１３毎の吹込みが可能であり、ＰＣＲを小さくする場合には、吹込みランス１２、１３の何れか一方から、微粉炭を吹込めばよく、ＰＣＲ値を高める場合には、吹込みランス１２、１３の両方を使って吹込めばよい。

図２は、上記の構成からなる吹込み設備を適用し、表１に示す条件のもとで微粉炭を吹込む場合のＰＣＲと出銑比の関係を示した図（内容積４３００ｍ^３の高炉において出銑比２.３における目標ＰＣＲを１８０ｋｇ／ｔとした例である。）であり、図３は、図４に示すような設備を使用し、表２に示す条件のもとで微粉炭の吹込みを行った場合（全羽口吹込み）の微粉炭吹込み比を示した図である。

図２、図３の比較からも明らかなように、本発明に従う微粉炭の吹込み方法においては、図４に示したような設備に比較してＰＣＲの下限値を大幅に低減できることが明らかである。

また、表３は、間引き操業を行った場合における高炉羽口の羽口先温度の変動状況を示したものである。本発明に従う微粉炭の吹込みにおいては、ＰＣＲを小さくしても全羽口からの吹込みを継続することができるので、羽口先温度の差も発生せず、安定した操業が可能となるが、間引き操業を行う従来の微粉炭の吹込みにおいては、高炉羽口の羽口先温度の変化は避けられない。

図５は、間引き操業を行った場合における微粉炭吹込み比の下限値の変化状況と、出銑比の関係を示したグラフである。

間引き操業を行う場合においては、間引き本数が増加するに従ってＰＣＲが低下していくが、羽口先温度の較差が拡大する。これに対して、本発明に従う微粉炭の吹込みにおいては、羽口先温度の較差がなく、ＰＣＲの下限値であっても安定した操業が可能となる。

本発明では、片側のみの運転状態から両系統の運転状態に切り替えることで上限ＰＣＲは従来設備と同等に維持される。

なお、本発明では、微粉炭の送給経路を２系統としてその最先端部に吹込みランスを２つ配置したダブルランス構造としたものについて説明したが、吹込みランスの設置本数、送給経路（吹込み系統）の数や開口径あるいは断面積は、適宜変更できるものであり、この点についてはとくに限定されない。

また、吹込み配管には、各配管を相互につなぐ、少なくとも１本のバイパス経路を設けることができ、これによれば、微粉炭の多様な吹込みの実現が可能となる。

さらに、本発明においては、操業状況等を勘案して、種類、銘柄の異なる微粉炭（半無煙炭、非微粘結炭等）を適宜吹込むことも可能であり、これにより、操業の幅を拡大できる利点がある。

例えば、硬さの異なる２種類の石炭Ａ（硬い）、Ｂ（柔らかい）を吹込み原料としている場合、上掲図１に示したような設備では、吹込みタンク１、２に粉砕した石炭Ａ、Ｂをそれぞれ別々に入れることができる。

しかし、上掲図４に示したような設備では、事前に混合した石炭を粉砕して吹込みタンク１に入れなければならない。

高炉に吹込まれる微粉炭は、０．１ｍｍ以下に粉砕するのが一般的であり、粉砕された石炭を混合するためには発塵や粉塵爆発の問題があるため、管理された専用の設備を設ける必要がある。

また、塊の石炭を混合してから粉砕する場合には、柔らかい石炭Ｂのみが細かくなり、硬い石炭Ａが粉砕され難いという問題もある。従来の方法では、このような問題があるのに対し、本発明によれば２種の石炭を容易に、しかも、同時に使用することができる。

さらに、燃焼性の異なる２種類の石炭Ｃ（燃焼性がよい）、Ｄ（燃焼性が悪い）を吹込み原料として用いる場合、事前に混合する従来の方法では、羽口先で石炭Ｄが燃え残る傾向となり好ましくない。本発明によれば、石炭Ｄの供給量を石炭Ｃよりも少なくすることで、石炭Ｃと石炭Ｄが同じ時間で燃えきるように操業することができる。このような操業は、従来の方法では、不可能であった。

本発明に従う吹込み設備（図１）を適用して微粉炭の吹込みを行った場合と、比較例として上掲図４に示したような設備を適用して微粉炭の吹込みを行った場合のそれぞれについて、１ヶ月間の操業（ＰＣＲ設定は、３０〜１８０ｋｇ／ｔの間で変化）における高炉の円周バランスの悪化に伴うコークス比の上昇状況を調査した。

その結果、図４に示した従来設備においては、全操業期間の５％の期間において下限ＰＣＲ値が１０８ｋｇ／ｔを下回り、その間、間引き操業を行った結果、円周バランスが悪化しその影響によるコークス比上昇は＋１０ｋｇ/ｔであった。

これに対して、本発明に従う微粉炭の吹込みにおいては、下限ＰＣＲ値５４ｋｇ／ｔを下回ったのは操業期間の１％の期間にすぎなかった。なお、その間、間引き操業を余儀なくされたが、それによるコークス比上昇は＋１０ｋｇ/ｔであり、比較例と同様であった。

上記の結果をもとにコークスの使用量を比較すると、
４３００ｍ^３×２.３ｔ/ｍ^３/ｄ×３６５Ｄ/年×０.９７(稼働率)×(５−１)／１００×１０ｋｇ/ｔ ＝１４００ｔ/年・・・年間のコークス使用削減量
となることが確認され、本発明における微粉炭の吹込みが従来と比較して極めて有効であることが明らかとなった。

さらに、図１において、配管５の断面積を１５×１０^−３ｍ^２、配管６の断面積を２０×１０^−３ｍ^２とし、さらに、配管９、１０の断面積をそれぞれ、０．５×１０^−３ｍ^２、０．８×１０^−３ｍ^２としてタンク１のみ、またはタンク２のみから全羽口への吹込みを行った。

その結果、片方の系統から吹込みを行っても操業上の問題は発生せず、小さな断面積の配管系統のみを用いることによってＰＣＲの下限値を、さらに低下させることが可能であることを確認した。

本発明によれば、ＰＣＲの調整可能範囲の拡大を可能とする吹込み方法およびその設備が提供できる。

１ 吹込みタンク
２ 吹込みタンク
３ 分配器
４ 分配器
５ 送給配管
６ 送給配管
７ 混合器
８ 混合器
９ 吹込み配管
１０ 吹込み配管
１１ 高炉羽口
１２ 吹込みランス
１３ 吹込みランス
１４ ツイヤー
１５ ツイヤー
１６ａ 微粉炭遮断弁
１６ｂ 羽口遮断弁
１７ａ 微粉炭遮断弁
１７ｂ 羽口遮断弁
１８ 吹込みコック
１９ 吹込みコック
２０ａ 分岐コック
２０ｂ 分岐コック
２１ａ 吹込みコック
２１ｂ 吹込みコック
２２ 共通配管

Claims (4)

1. 高炉羽口の送風通路内に、炉内を指向して配置された吹込みランスを通じて高炉内に微粉炭を吹込む方法において、
   前記高炉羽口内に、微粉炭を貯留する吹込みタンクから分配器を経て吹込みランスに至るまでの送給経路がすべて異なり、かつ先端が揃った複数の吹込みランスを配置し、それぞれの吹込みランスにて微粉炭を個別に吹込むことを特徴とする高炉への微粉炭の吹込み方法。
2. 前記複数の吹込みランスによって、銘柄、硬さもしくは燃焼性の異なる微粉炭をそれぞれ吹込む、請求項１に記載の微粉炭の吹込み方法。
3. 高炉羽口の送風通路内に配置され、吹込みタンクにつながる送給経路を通して圧送された微粉炭を高炉内に吹込む吹込みランスを備えた微粉炭吹込み設備であって、
   前記吹込みランスは、微粉炭を貯留する吹込みタンクから分配器を経て吹込みランスに至るまでの送給経路がすべて異なり、かつ先端が揃った少なくとも二本の吹込みランスからなる、ことを特徴とする微粉炭吹込み設備。
4. 前記少なくとも二本の吹込みランスの送給経路は、互いに対応する部分での断面積が相互に異なるものである、請求項３に記載の微粉炭の吹込み設備。

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