JP5888435B2 - 高炉羽口から酸素を吹込む設備及び高炉操業方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高炉羽口から高炉内に微粉炭を吹込むと共に、該微粉炭の吹込位置近傍から酸素を吹込むことが可能なランスを備えた高炉羽口から酸素を吹込む設備及び高炉操業方法に関する。
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ２の抑制は重要な課題である。そこで、最近の高炉操業では、高炉羽口からも還元材を吹込んで行う低還元材比操業（低ＲＡＲ操業とも呼ばれ、ＲＡＲは、"Reducing Agent Ratio"の略で、銑鉄１ｔ製造当たりの、高炉羽口からの吹込み還元材と炉頂から装入されるコークスの合計量を低くする操業を意味する）が強力に推進されている。高炉羽口から吹込まれる還元材には、主として微粉炭が使用される。この高炉羽口から高炉内に吹込まれる微粉炭の燃焼性を向上させ、還元材比を低減するために、微粉炭を吹込むランスから、当該微粉炭の吹込位置近傍に酸素を吹込むことが考えられている。
一方、製鉄所においては、一般的に、所内で発生する高炉ガスやコークス炉ガスなどの燃料系ガス、支燃性ガスつまり酸素や、窒素などの不活性ガスといった気体は、配管設備によって輸送されている。この場合、基本的に、１本の配管には１種の気体を流すように設計されており、異種気体との混合が発生する場所は、燃焼バーナやガス混合設備などの設備に限定されている。なぜならば、異種気体の配管同士の接続を常時行うことによって、一方の配管へもう一方の気体が混入し、その結果、ガス種によっては配管内での異常燃焼、ガス純度低下などのトラブルが生じることを考慮しているからである。従って、１本の配管に２種以上の気体が混入することは回避すべきである。例えば、ランスに酸素を供給する配管への酸素の供給を停止する場合には、酸素の供給停止後、高炉の炉内ガスが酸素配管に流入すると異常燃焼の虞がある。従って、酸素配管への酸素の供給停止後、酸素配管を窒素などの不活性ガスでパージ（不活性ガスに置換）する必要がある。
配管内の気体を置換する方法としては、窒素などの不活性ガスの配管を置換対象となる配管に接続して不活性ガスを供給し、配管内の気体濃度が異常燃焼などを引き起こさない範囲になったことを確認し、その後、配管内での作業環境を構築するために、新たな種類の気体、例えば空気を配管内に供給する方法がある。その方法では、作業効率を考慮すると、配管内を安全にかつ短時間でガス置換することが好ましい。そのようなガス置換方法として、例えば、特許文献１に記載されるように、配管内に局所的に不活性ガス濃度の高い領域を形成し、配管内に残留する気体と接触しないように空気を供給して置換する方法がある。また、配管内の気体濃度が異常燃焼などを防ぐために、特許文献２に記載されるように、気体利用先に向かう配管の途中にガスホルダーを設置し、緊急時に気体利用先へ気体が遮断されるまで、一時的にガスホルダーでガスを貯留して下流側に気体を流さないようにする方法もある。
上記いずれの方法においても、気体の置換を行う。その場合には、接続する配管の最下流側（接続端側）に遮断弁が設置されている形態がよく知られている。この遮断弁の開閉の動作は、流入先の配管内を流れる気体の圧力や流量などの状態情報を元に制御される。このような遮断弁開閉制御としては、例えば、特許文献３や特許文献４に記載されるように、燃料系ガスが流れる配管にパージ用の窒素配管を接続し、この窒素配管に遮断弁と流量調整弁を設置して、それら遮断弁と流量調整弁を制御する方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に記載されるガス置換方法は、１個の遮断弁によって気体の供給を停止した状態で気体の置換を行うものであるため、停電や大地震などの原因で遮断弁の動力源が失陥した場合、気体の円滑な置換作業が阻害される虞がある。例えば、前述のように、高炉羽口にランスから微粉炭と酸素を供給している場合で、その酸素配管への酸素の供給が停止すると、まず酸素配管を窒素などの不活性ガスでパージする必要があるが、弁動力源の失陥により、不活性ガスの遮断弁が開かず、酸素配管内に不活性ガスを送れない場合には、高炉炉内ガスが酸素配管中に混入し、異常燃焼の生じる虞がある。特にランスを用いて、微粉炭と酸素を高炉羽口から高炉内へ吹込む高炉操業においては、酸素の供給が停止しても、酸素配管内に残留した酸素を速やかに窒素などの不活性ガスに置換して酸素を取り除く必要がある。なぜならば、酸素配管にＣＯを含む高炉ガスが逆流し、残留した酸素と反応して異常燃焼を起こす虞があるからである。
特許文献３や特許文献４に記載される方法では、何れも燃料系ガスの配管に常時接続されるパージ用窒素配管の弁構成が、１個の流量調整弁と最下流側（接続端側）の１個の遮断弁で構成されており、何らかの原因で遮断弁の閉不良や破損が発生した場合や、燃料系ガスの配管内圧力がパージ用窒素の配管内圧力より常時高い状態となっている場合には、燃料系ガスの窒素配管側への混入が発生してしまい、その状態で、例えばメンテナンスのために窒素配管側を空気置換すると異常燃焼が発生する虞がある。すなわち、高炉羽口部にランスで微粉炭を吹込み、その吹込位置近傍に同じくランスから酸素を吹込む設備において、酸素配管にパージ用窒素の配管を常時接続し、１個の遮断弁で窒素流れを制御する場合には、酸素配管中に高炉炉内ガスが混入したり、窒素配管中に高炉炉内ガスや酸素が混入したりするというトラブルが発生する虞がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、高炉羽口部にランスで微粉炭を吹込み、その吹込位置近傍に同じくランスから酸素を吹込む操業において、酸素供給を止める場合に、酸素配管中に高炉炉内ガスが混入したり、窒素配管中に高炉炉内ガスや酸素が混入したりすることを確実に防止することを可能とする高炉羽口から高炉内に酸素を吹込む設備及び高炉操業方法を提供することを目的とするものである。また、本発明に係る高炉羽口から高炉内に酸素を吹込む設備及び高炉操業方法は、ランスで微粉炭及び酸素を吹込む操業において、弁動力源が失陥した場合でも、酸素配管中への高炉炉内ガスの混入を防止することが可能とすることを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続され、窒素遮断弁が設けられた窒素配管と、前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で前記酸素配管に設けられた酸素遮断弁と、前記酸素遮断弁及び前記窒素遮断弁の開閉制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記酸素遮断弁が開の場合に前記窒素遮断弁を閉とし、前記酸素遮断弁が閉の場合に前記窒素遮断弁を開とする高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（２）高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で前記酸素配管に設けられた２個の酸素遮断弁と、前記２個の酸素遮断弁の間で前記酸素配管に設けられた酸素放散弁と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（３）前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置される２個の窒素遮断弁と、前記２個の窒素遮断弁の間に配置される窒素放散弁と、を備える上記（２）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（４）前記２個の酸素遮断弁と前記２個の窒素遮断弁の開閉制御を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記２個の酸素遮断弁が開の場合に前記２個の窒素遮断弁を閉とし、前記２個の酸素遮断弁が閉の場合に前記２個の窒素遮断弁を開とする上記（３）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（５）高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で、前記酸素配管に設けられ、動力源が失陥した場合に、前記酸素配管の酸素流れを遮断する酸素流れ遮断機構と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（６）前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置され、動力源が失陥した場合に、前記窒素配管に窒素を流す窒素流れ開閉機構と、を備える上記（５）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（７）前記窒素流れ開閉機構は、動力源が失陥した場合に開動作する２個の窒素遮断弁と、前記２個の窒素遮断弁の間に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素放散弁と、を備える上記（６）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（８）前記酸素流れ遮断機構は、動力源が失陥した場合に閉動作する２個の酸素遮断弁と、前記酸素配管に前記２個の酸素遮断弁の間に設けられ、動力源が失陥した場合に開動作する酸素放散弁と、を有する上記（５）〜（７）のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（９）前記窒素遮断弁または前記窒素流れ開閉機構より上流で前記窒素配管に接続されるレシーバータンクであって、該レシーバータンクから前記高炉羽口までの配管容積の３〜５倍となる容積を有するレシーバータンクと、該レシーバータンクの上流側に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素本管遮断弁と、を備える上記（１），（３），（４）及び（６）〜（８）のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備を用いて、高炉内に微粉炭及び酸素を吹込む高炉操業方法。
（１）高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続され、窒素遮断弁が設けられた窒素配管と、前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で前記酸素配管に設けられた酸素遮断弁と、前記酸素遮断弁及び前記窒素遮断弁の開閉制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記酸素遮断弁が開の場合に前記窒素遮断弁を閉とし、前記酸素遮断弁が閉の場合に前記窒素遮断弁を開とする高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（２）高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で前記酸素配管に設けられた２個の酸素遮断弁と、前記２個の酸素遮断弁の間で前記酸素配管に設けられた酸素放散弁と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（３）前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置される２個の窒素遮断弁と、前記２個の窒素遮断弁の間に配置される窒素放散弁と、を備える上記（２）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（４）前記２個の酸素遮断弁と前記２個の窒素遮断弁の開閉制御を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記２個の酸素遮断弁が開の場合に前記２個の窒素遮断弁を閉とし、前記２個の酸素遮断弁が閉の場合に前記２個の窒素遮断弁を開とする上記（３）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（５）高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で、前記酸素配管に設けられ、動力源が失陥した場合に、前記酸素配管の酸素流れを遮断する酸素流れ遮断機構と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（６）前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置され、動力源が失陥した場合に、前記窒素配管に窒素を流す窒素流れ開閉機構と、を備える上記（５）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（７）前記窒素流れ開閉機構は、動力源が失陥した場合に開動作する２個の窒素遮断弁と、前記２個の窒素遮断弁の間に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素放散弁と、を備える上記（６）に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（８）前記酸素流れ遮断機構は、動力源が失陥した場合に閉動作する２個の酸素遮断弁と、前記酸素配管に前記２個の酸素遮断弁の間に設けられ、動力源が失陥した場合に開動作する酸素放散弁と、を有する上記（５）〜（７）のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（９）前記窒素遮断弁または前記窒素流れ開閉機構より上流で前記窒素配管に接続されるレシーバータンクであって、該レシーバータンクから前記高炉羽口までの配管容積の３〜５倍となる容積を有するレシーバータンクと、該レシーバータンクの上流側に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素本管遮断弁と、を備える上記（１），（３），（４）及び（６）〜（８）のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備を用いて、高炉内に微粉炭及び酸素を吹込む高炉操業方法。
本発明の高炉羽口から酸素を吹込む設備及び高炉操業方法によれば、窒素配管と酸素配管との接続位置より下流に窒素のみを供給して、酸素配管を窒素でパージすることができ、酸素の供給を止める場合や弁動力源が失陥する場合であっても、酸素配管中に高炉炉内ガスが混入することを確実に防止することが可能となる。
次に、本発明の高炉操業方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の高炉操業方法が適用された高炉の全体図である。高炉１の側壁には周方向に高炉羽口３が複数設けられており、各高炉羽口３には、熱風を送風するためのブローパイプ２が接続され、このブローパイプ２を貫通してランス４が設置されている。高炉羽口３の熱風送風方向先方には、ブローパイプ２から供給される熱風によってレースウエイ５と呼ばれる空間が形成され、主として、この空間で炭材の燃焼が行われる。ランス４から高炉羽口３を通過し、レースウエイ５内に吹込まれた微粉炭は、コークスと共に、その揮発分と固定炭素が燃焼し、燃焼しきれずに残った、一般にチャーと呼ばれる炭素と灰分の集合体は、レースウエイから未燃チャーとして排出される。
高炉羽口３からレースウエイ５内に吹込まれた微粉炭は、レースウエイ５内の火炎からの輻射伝熱によって粒子が加熱され、更に輻射伝熱、伝導伝熱によって粒子が急激に温度上昇し、３００℃以上昇温した時点から熱分解が開始し、揮発分に着火して火炎が形成され、燃焼温度は１４００〜１７００℃に達する。ランス４から微粉炭と酸素を平行に吹込んだ場合、微粉炭がＯ２と接触して燃焼し、その燃焼熱によって微粉炭が加熱、昇温する。これによりランスに近い位置で微粉炭が燃焼を開始し、燃焼率も上昇する。
本実施形態では、このように微粉炭の燃焼性を向上するため、ランスを用いて、微粉炭の吹込位置近傍に酸素を吹込む。ランス４は、高炉羽口３に微粉炭及び酸素を吹込み可能な構成となっている。例えば、ランス４が所謂単管ランスである場合には、微粉炭を吹込むランスと酸素を吹込むランスとの２本セットとし、微粉炭及び酸素を高炉羽口３内に吹込む。また、ランス４が、大径の吹込み管の内側に小径の吹込み管を差し込んだ所謂二重管ランスである場合には、例えば内側吹込み管から微粉炭を吹込み、内側吹込み管と外側吹込み管の隙間から酸素を吹込む。二重管ランスにおける微粉炭と酸素の吹込みは、この逆であってもよいが、酸素と微粉炭を接近させてより燃焼しやすい状態とするのが好ましい。
微粉炭及び酸素を吹き込むことが可能なランスとは、ランス管内で、微粉炭と酸素とが好ましくはそれぞれ別の流路を流れ、ランス出口部から微粉炭と酸素が高炉羽口部に供給され、高炉内に微粉炭と酸素を吹込むことを可能とするランスを意味する。本実施形態では、二重管ランスを２本用いて、夫々、微粉炭の吹込位置近傍に酸素を吹込む。なお、本実施形態では、微粉炭と酸素を接近させるためにランスからのみ酸素を吹込み、送風には酸素を富化しない。しかしながら、必要に応じて送風に酸素を富化することも可能である。
高炉の通常操業では、ランス４からは微粉炭と酸素が吹き込まれる。操業を中断する場合や、微粉炭吹き込み設備の動力供給が事故などによって停止する場合には、微粉炭の吹込みを停止する場合がある。その場合、酸素の供給も停止し、ランス４に酸素を供給する酸素配管から、残留した酸素を速やかに取り除き、窒素などの不活性ガスに置換（パージ）する必要がある。なぜならば、単に酸素供給を停止したのみでは、酸素配管にＣＯを含む高炉ガスが逆流し、酸素配管内に残留した酸素と反応して異常燃焼を起こす虞があるためである。仮に、高炉ガスの逆流を防ぐためにランス４に酸素を流したままにしたとしても、高温下で金属が酸化される可能性があるので、設備保全上好ましくない。このような状況は、通常の微粉炭吹込み停止操作時のみならず、設備トラブルによって、微粉炭吹込みや酸素吹込みが停止した場合にも起こりうる。特に、ランス４に微粉炭と酸素を同時に供給する場合、速やか、且つ、安全、確実に酸素配管内を窒素等の不活性ガスで置換する必要がある。本実施形態では、例えば以下の構成により、この置換を可能とする。
図２は、図１の高炉羽口から高炉内に微粉炭及び酸素吹込む設備の模式図である。酸素吹込み設備（高炉羽口から酸素を吹込む設備）１００は、ランス４、該ランス４に供給される酸素が流れる酸素配管７、該酸素配管７に接続された窒素配管８と、酸素配管７に設けられる酸素流れ遮断機構７０（各種弁）及び窒素配管８に設けられる窒素流れ開閉機構８０（各種弁）と、各種弁を制御する制御装置３０と、を備える。本実施形態においては、酸素配管７は、酸素が流れる配管を意味し、酸素本管１１、酸素集合ヘッダー１２、酸素枝管１３、酸素支管１４、フレキシブルホース１５、及び、酸素接続管１６を有する。窒素配管８は、窒素が流れる配管を意味し、窒素本管２４、窒素集合ヘッダー２５、及び、窒素枝管２６を有する。
通常操業において、酸素４０が酸素本管１１に供給されて、高炉羽口３に向けて酸素が酸素配管７を流れる。本実施形態では、酸素配管７において、高炉羽口３に向かう酸素流れの方向を下流方向とし、その逆を上流方向とする。また、酸素の供給を停止する場合には、窒素５０が窒素本管２４に供給され、酸素配管７に向けて窒素配管８を流れる。本実施形態では、窒素配管８において、酸素配管７に向かう窒素流れの方向を下流方向とし、その逆を上流方向とする。
微粉炭ＰＣは、図示しない微粉炭貯留ホッパーから高圧ガス（高圧Ｎ２）と共にランス４に供給され、微粉炭流量調整弁６によって吹込み量が調整される。ブローパイプ２（図１参照）へは、図示しないブロワから熱風炉に空気が送られ、そこから熱風が供給される。必要に応じて、熱風へ酸素を添加する場合には、空気流れにおける熱風炉より上流で行われる。
酸素配管７の最上流に配置された、高圧の酸素供給配管（酸素本管１１）は、高炉羽口３の個数分酸素集合ヘッダー１２で分岐されて酸素枝管１３に接続されており、酸素４０は、酸素本管１１から供給されて、各ランス４（各高炉羽口３）に分配される。例えば、高炉羽口３の数が４０である場合、酸素枝管１３は計４０本ある。本実施形態では、ランス４を２本用いるので、各酸素枝管１３を２本の酸素支管１４に分岐し、各酸素支管１４はフレキシブルホース１５を介して酸素接続管１６に接続され、各酸素接続管１６から各二重管ランス４に酸素を供給する。酸素吹込み設備１００は、高炉羽口３に対応する複数のランス４と、該ランス４に酸素を供給するために酸素供給配管（酸素本管１１）が集合ヘッダー１２で、各高炉羽口３に分岐されて形成される複数の酸素枝管１３と、該複数の酸素枝管１３の各々に設けられる酸素流量調整弁２１と、酸素流量調整弁２１の上流側で各酸素枝管１３に接続された窒素配管８と、を備えることにもなる。
酸素接続管１６は、ランス４側、即ち、酸素接続管１６の下流側端部に２個の接続管遮断弁１７を備え、それら接続管遮断弁１７の上流側に接続管逆止弁１８が介装され、２個の接続管遮断弁１７の間に接続管放散弁１９が接続されている。また、酸素支管１４には、フレキシブルホース１５側、即ち上流側端部に支管遮断弁２０が介装されている。酸素枝管１３には、酸素流れ遮断機構７０が設けられており、酸素流れ遮断機構７０は、動力源が失陥した場合に、前記酸素配管中の前記酸素流れを遮断する機能を発揮するものである。図２に示すように、酸素枝管１３は、酸素支管１４側、即ち下流側端部に酸素流量調整弁２１を備え、酸素流量調整弁２１の上流側に２個の酸素遮断弁２２が介装され、２個の酸素遮断弁２２の間に酸素放散弁２３が接続されている。酸素流れ遮断機構７０は、２個の酸素遮断弁２２、酸素放散弁２３、及び、制御装置３０を含んでおり、この２個の酸素遮断弁２２、及び、酸素放散弁２３は、動力源によって開閉動作する開閉弁であって、動力源が失陥したときには、２個の酸素遮断弁２２は閉となり、酸素放散弁２３は開となる。は、動力源によって開動作する常時閉の開閉弁であり、酸素放散弁２３は、動力源によって閉動作する常時開の開閉弁である。
酸素吹込み設備１００には、例えば酸素支管１４及び酸素接続管１６内を不活性ガスである窒素でパージするために窒素配管８が接続されている。この窒素配管８において、窒素は、高圧の窒素本管２４から窒素集合ヘッダー２５、窒素枝管２６を経て、酸素枝管１３に分配される。例えば、高炉羽口３の数が４０個、酸素枝管１３が４０本である場合、窒素枝管２６も４０本である。この４０本ある窒素枝管２６の各々は、窒素逆止弁２７を経て、前記酸素流量調整弁２１と下流側の酸素遮断弁２２の間で、窒素枝管２６の各々に対応する酸素枝管１３に接続されている。窒素逆止弁２７によって、酸素枝管１３から窒素枝管２６に酸素が流入してくることが防がれる。
窒素枝管２６には、窒素流れ開閉機構８０が設けられており、窒素流れ開閉機構８０は、動力源が失陥した場合に、窒素配管８中に窒素を流す機能を発揮するものである。図２に示すように、窒素枝管２６には、窒素逆止弁２７側、つまり酸素枝管１３への接続側端部に２個の窒素遮断弁２８が介装され、２個の窒素遮断弁２８の間に窒素放散弁２９が接続されている。窒素流れ開閉機構８０は、２個の窒素遮断弁２８、窒素放散弁２９、及び、制御装置３０を含み、２個の窒素遮断弁２８、及び、窒素放散弁２９は、動力源によって開閉動作する開閉弁であって、動力源が失陥したときには、２個の窒素遮断弁２８は開となり、窒素放散弁２９は閉となる。
酸素吹込み設備１００は、窒素遮断弁２８より上流で窒素配管８に接続されるレシーバータンク３１と、該レシーバータンク３１の上流に配置される窒素本管遮断弁３２と、を更に備えることが好ましい。図２に示す形態では、レシーバータンク３１は窒素本管２４に接続され、窒素本管２４に窒素本管遮断弁３２が配置されている。窒素本管遮断弁３２は、動力源によって開閉動作する弁であって、動力源が失陥したときに閉となる。レシーバータンク３１には窒素が充満しており、レシーバータンク３１の容積は、それより下流から全高炉羽口３までの配管容積の３〜５倍となっている。
上記の構成により、動力源失陥時に、レシーバータンク３１から高炉羽口３までの配管の全てに窒素が供給される。なお、レシーバータンク３１から高炉羽口３までの配管とは、レシーバータンク３１から高炉羽口３までのランス４と酸素配管７と窒素配管８との配管に相当する。また、レシーバータンク３１は、圧力計ＰＴの他に圧力ゲージＰＧを備え、更に安全弁３３や、ドレン抜き３４といった設備を有することが好ましい。
図２に示す形態ではなく、窒素集合ヘッダー２５の下流で、窒素遮断弁２８より上流の窒素枝管２６にレシーバータンク３１を配置してもよい。その場合には、レシーバータンク３１の容積は、それより下流から１個の高炉羽口３までの配管容積の３〜５倍とすればよいことになるが、高炉羽口３の個数に相当する基数のレシーバータンク３１が必要となる。図２に示す形態では、レシーバータンク３１は、容積が大きくなるが１基で足りる。
動力が供給されている間の通常操業において、酸素吹込み設備１００の各種弁は、制御装置３０によって制御可能としており、特に酸素流量調整弁２１、酸素遮断弁２２、酸素放散弁２３、窒素遮断弁２８、窒素放散弁２９、窒素本管遮断弁３２は、開閉制御や開度制御が制御装置３０によって行われる。高炉１の通常操業、即ち製銑操業では、微粉炭と共にランス４から酸素を吹込まなければならないので、酸素支管１４より下流側には酸素が供給されていなければならない。そのため、図３に示すように、２個の酸素遮断弁２２を開、酸素放散弁２３を閉とすると共に、２個の窒素遮断弁２８を閉、窒素放散弁２９を開とし、必要に応じて酸素流量調整弁２１の開度制御を行う。この状態では、窒素枝管２６から酸素支管１４に窒素は供給されず、酸素支管１４には酸素枝管１３から酸素のみが供給される。
この状態から、高炉の操業を停止するなどの理由で、酸素支管１４より下流側への酸素の供給を停止する場合には、図３に示すように、２個の酸素遮断弁２２を閉、酸素放散弁２３を開とすると共に、２個の窒素遮断弁２８を開、窒素放散弁２９を閉とする。この状態では、酸素支管１４には酸素枝管１３から酸素が供給されず、窒素枝管２６から酸素支管１４に窒素が供給され、酸素配管７と窒素配管８との接続位置より下流側は窒素でパージされる。このとき、例えば、下流側の酸素遮断弁２２が完全に閉動作しなくても、酸素放散弁２３から酸素が放散されて窒素により置換され、下流側への酸素の供給が遮断される。また、その状態で、酸素放散弁２３が完全に開動作しなくても、上流側の酸素遮断弁２３によって下流側への酸素の供給が遮断される。すなわち、酸素吹込み設備１００に、２個の酸素遮断弁２２と、該２個の酸素遮断弁２２の間で酸素配管７に設けられた酸素放散弁２３と、が設けられていれば、下流側への酸素の供給が確実に遮断できる。その結果、窒素枝管２６側に酸素が混入することを防止することができるなど、弁動作の不具合によるトラブル発生の可能性も低減できる。
酸素支管１４より下流側への酸素の供給を停止した状態から、再び、酸素支管１４より下流側に酸素を供給する場合には、図３に示すように、再び、２個の酸素遮断弁２２を開、酸素放散弁２３を閉とすると共に、２個の窒素遮断弁２８を閉、窒素放散弁２９を開とし、必要に応じて酸素流量調整弁２１の開度制御を行う。これにより、酸素支管１４より下流側にパージされていた窒素は、供給される酸素によって高炉羽口３内に吹込まれ、次いで酸素がランス４から吹込まれる。
このように、本実施形態の酸素吹込み設備１００では、ランス４に接続し、該ランス４に供給される酸素が流れる酸素配管７に流量調整弁２１を設け、流量調整弁２１の上流側で酸素配管７に窒素配管８を接続し、該酸素配管７と窒素配管８との接続位置の上流に２個の酸素遮断弁２２を設けると共に、酸素配管７の２個の酸素遮断弁２２の間には酸素放散弁２３を設けてある。そのため、接続位置より下流の酸素配管７の酸素を窒素でパージする場合には、例えば２個の酸素遮断弁２２を閉とすると共に酸素放散弁２３を開とすると、酸素配管７と窒素配管８との接続位置より下流側に窒素のみを供給してパージすることができ、酸素配管７中に高炉炉内ガスが混入するのを防止することが可能となる。
また、窒素配管８には、窒素逆止弁２７と、窒素逆止弁２７の上流側に配置される２個の窒素遮断弁２８と、２個の窒素遮断弁２８の間に配置される窒素放散弁２９とが備えられている。そのため、例えば、接続位置より下流側の酸素配管７の酸素を窒素でパージする場合には、２個の酸素遮断弁２２を閉とすると共に酸素放散弁２３を開とし、２個の窒素遮断弁２８を開とすると共に窒素放散弁２９を閉とすれば、窒素配管の接続位置より下流側に窒素のみを供給してパージすることができ、酸素配管７中に高炉炉内ガスが混入したり、窒素配管８中に高炉炉内ガスや酸素が混入したりするのを防止することが可能となる。加えて、例えば、接続位置より下流が窒素でパージされている状態から、窒素配管８の接続位置より下流に酸素を供給する場合には、２個の窒素遮断弁２８を閉とすると共に窒素放散弁２９を開とし、２個の酸素遮断弁２２を開とすると共に酸素放散弁２３を閉とすれば、窒素配管８の接続位置より下流に酸素のみを供給することが可能となり、窒素配管８中に酸素が混入するのを防止することが可能となる。
制御装置３０は、２個の酸素遮断弁２２が開の場合に２個の窒素遮断弁２８を閉とし、２個の酸素遮断弁２２が閉の場合に２個の窒素遮断弁２８を開とすることにより、酸素配管７と窒素配管８との接続位置より下流側に酸素を供給したり、窒素でパージしたりすることができ、その際、酸素配管７中に高炉炉内ガスが混入したり、窒素配管８中に高炉炉内ガスや酸素が混入したりすることを防止することができる。すなわち、制御装置３０は、酸素遮断弁２２の全て（２個）が開の場合に少なくとも１個の窒素遮断弁２８を閉とし、少なくとも１個の酸素遮断弁２２が閉の場合に窒素遮断弁２８の全て（２個）を開とすれば、接続位置より下流側に酸素を供給したり、窒素でパージしたりすることができる。
次に、動力源が失陥（図ではダウン）したときの酸素遮断弁２２、酸素放散弁２３、窒素遮断弁２８、窒素放散弁２９、窒素本管遮断弁３２の弁動作を図４に示す。例えば、これらの弁の動力源が圧縮空気であるような場合には、制御装置３０が弁動力源、即ち圧縮空気の失陥を検出し、動力源失陥検出時には、酸素遮断弁２２を閉、酸素放散弁２３を開、窒素遮断弁２８を開、窒素放散弁２９を閉、窒素本管遮断弁３２を閉動作する。これに対し、弁の動力源が電力であるような場合には、場合によっては制御装置３０も動作不能となる場合がある。そのような場合であっても、酸素遮断弁２２は動力源なし時閉、酸素放散弁２３は動力源なし時開、窒素遮断弁２８は動力源なし時開、窒素放散弁２９は動力源なし時閉、窒素本管遮断弁３２は動力源なし時閉であるから、弁動力源の失陥時には、各弁は図４のように開閉動作する。
動力源の失陥時に、酸素流れ遮断機構７０が機能して、酸素遮断弁２２のうちの上流側の１個が閉となると共に、酸素流れが遮断すると、酸素遮断弁２２の上流側の配管内へ高炉炉内ガスが逆流してくるのを防止することが可能となる。２個の酸素遮断弁２２が閉となると共に酸素放散弁２３が開となると、酸素遮断弁２２の上流側の配管内へ高炉炉内ガスが逆流することをより確実に防止できる上に、窒素配管８中に酸素が混入したりすることを防止することができる。
また、窒素流れ開閉機構８０が機能して、２個の窒素遮断弁２８が開となると共に窒素放散弁２９が閉となり、同時に２個の酸素遮断弁２２が閉となると共に酸素放散弁２３が開となると、窒素配管８の接続位置より下流側が窒素でパージされ、酸素配管７中に、高炉炉内ガスが混入することを防止することが可能となる。酸素配管７及び窒素配管８の各々に遮断弁２２，２８を２個ずつ設けると共に、その間に放散弁２３，２９を設けると、何らかの原因で、１本の配管における遮断弁の１個からリークが発生した場合でも、もう１個の遮断弁でガスの混合を防止し、合わせて放散弁２３，２９よりリークしたガスを放散するため、リークしたガスが２個の遮断弁間に充満して元圧まで加圧されることを防ぐことが可能となり、異なるガス同士が混合される虞をより一層低減することが可能となる。
図５は、弁の動力源が失陥したときの各弁の動作と、レシーバータンク３１内の圧力の経時変化を示す。例えば、前述のようにランス４から微粉炭と酸素を吹込む通常操業の状態から、動力源に失陥が生じると、酸素遮断弁２２が閉、酸素放散弁２３が開、窒素遮断弁２８が開、窒素放散弁２９が閉、窒素本管遮断弁３２が閉となるように動作する。よって、動力源の失陥時に、酸素枝管１３から酸素支管１４への酸素の供給が停止されると共に、窒素枝管２６からは酸素支管１４への窒素の供給が可能となる。このとき、窒素本管遮断弁３２は閉じているので、窒素本管２４への新たな窒素の供給は望めないが、レシーバータンク３１内に貯留されている窒素が窒素本管２４、窒素集合ヘッダー２５、窒素枝管２６を経て酸素支管１４に供給される。この供給に伴ってレシーバータンク３１内の圧力は次第に低下する。
高炉１内が、通常操業のように高圧状態であれば、レシーバータンク３１内の容量は、レシーバータンク３１から下流側の高炉羽口３のランス４までの配管体積と同等か、それより少し多い程度でよい。しかしながら、弁動力源が電力であるような場合、弁動力源の失陥に伴って、高炉自体が停止（休風）状態となっている場合も想定される。高炉が停止（休風）状態となっている場合には、高炉内の圧力がゼロ（大気圧）となっている可能性がある。このような場合には、レシーバータンク３１からの窒素は酸素枝管１３や酸素支管１４を通過して高炉１内に吹込まれるので、タンク容量を置換対象の配管容積の３〜５倍に設定することが好ましい。この容量は、ガス溜まりの発生しやすさなどの配管形状などで決まるため、実際に窒素をレシーバータンク３１から全高炉羽口３のランス４に流して配管内の窒素濃度と累計流量との関係から設定するようにしてもよい。そして、そのようにすることで、弁動力源の失陥時にあっても、酸素配管７と窒素配管８との接続位置から下流側を窒素で速やかにパージすることができ、これにより高炉炉内ガスの酸素配管７への混入を防止することができる上に、必要以上に窒素は流れないため、過剰な高炉羽口３の冷却も防止することができる。
１ 高炉
２ ブローパイプ
３ 高炉羽口
４ ランス
５ レースウエイ
６ 微粉炭流量調整弁
７ 酸素配管
８ 窒素配管
１１ 酸素本管
１２ 酸素集合ヘッダー
１３ 酸素枝管
１４ 酸素支管
１５ フレキシブルホース
１６ 酸素接続管
１７ 接続管遮断弁
１８ 接続管逆止弁
１９ 接続管放散弁
２０ 支管遮断弁
２１ 酸素流量調整弁
２２ 酸素遮断弁
２３ 酸素放散弁
２４ 窒素本管
２５ 窒素集合ヘッダー
２６ 窒素枝管
２７ 窒素逆止弁
２８ 窒素遮断弁
２９ 窒素放散弁
３０ 制御装置
３１ レシーバタンク
３２ 窒素本管遮断弁
３３ 安全弁
３４ ドレン抜き
４０ 酸素
５０ 窒素
７０ 酸素流れ遮断機構
８０ 窒素流れ開閉機構
１００ 酸素吹込み設備
２ ブローパイプ
３ 高炉羽口
４ ランス
５ レースウエイ
６ 微粉炭流量調整弁
７ 酸素配管
８ 窒素配管
１１ 酸素本管
１２ 酸素集合ヘッダー
１３ 酸素枝管
１４ 酸素支管
１５ フレキシブルホース
１６ 酸素接続管
１７ 接続管遮断弁
１８ 接続管逆止弁
１９ 接続管放散弁
２０ 支管遮断弁
２１ 酸素流量調整弁
２２ 酸素遮断弁
２３ 酸素放散弁
２４ 窒素本管
２５ 窒素集合ヘッダー
２６ 窒素枝管
２７ 窒素逆止弁
２８ 窒素遮断弁
２９ 窒素放散弁
３０ 制御装置
３１ レシーバタンク
３２ 窒素本管遮断弁
３３ 安全弁
３４ ドレン抜き
４０ 酸素
５０ 窒素
７０ 酸素流れ遮断機構
８０ 窒素流れ開閉機構
１００ 酸素吹込み設備
Claims (9)
- 高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、
前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、
前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、
前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、
前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で前記酸素配管に設けられた２個の酸素遮断弁と、
前記２個の酸素遮断弁の間で前記酸素配管に設けられた酸素放散弁と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。 - 前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置される２個の窒素遮断弁と、前記２個の窒素遮断弁の間に配置される窒素放散弁と、を備える請求項１に記載の高炉羽口
から酸素を吹込む設備。 - 前記２個の酸素遮断弁と前記２個の窒素遮断弁の開閉制御を行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記２個の酸素遮断弁が開の場合に前記２個の窒素遮断弁を閉とし、
前記２個の酸素遮断弁が閉の場合に前記２個の窒素遮断弁を開とする請求項２に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。 - 高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、
前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、
前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、
前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、
前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で、前記酸素配管に設けられ、動力源が失陥した場合に、前記酸素配管の酸素流れを遮断する酸素流れ遮断機構と、を備え、
前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置され、動力源が失陥した場合に、前記窒素配管に窒素を流す窒素流れ開閉機構と、を備え
前記窒素流れ開閉機構は、動力源が失陥した場合に開動作する２個の窒素遮断弁と、前記２個の窒素遮断弁の間に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素放散弁と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。 - 前記酸素流れ遮断機構は、動力源が失陥した場合に閉動作する２個の酸素遮断弁と、前記酸素配管に前記２個の酸素遮断弁の間に設けられ、動力源が失陥した場合に開動作する酸素放散弁と、を有する請求項４に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。
- 前記窒素遮断弁または前記窒素流れ開閉機構より上流で前記窒素配管に接続されるレシーバータンクであって、該レシーバータンクから前記高炉羽口までの配管容積の３〜５倍となる容積を有するレシーバータンクと、
該レシーバータンクの上流側に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素本管遮断弁と、を備える請求項２〜５のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備。 - 高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、
前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、
前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、
前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続され、窒素遮断弁が設けられた窒素配管と、
前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で前記酸素配管に設けられた酸素遮断弁と、
前記酸素遮断弁及び前記窒素遮断弁の開閉制御を行う制御装置と、
前記窒素遮断弁より上流で前記窒素配管に接続されるレシーバータンクであって、該レシーバータンクから前記高炉羽口までの配管容積の３〜５倍となる容積を有するレシーバータンクと、
該レシーバータンクの上流側に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素本管遮断弁と、
を備え、
前記制御装置は、前記酸素遮断弁が開の場合に前記窒素遮断弁を閉とし、前記酸素遮断弁が閉の場合に前記窒素遮断弁を開とする高炉羽口から酸素を吹込む設備。 - 高炉羽口から微粉炭及び酸素を高炉内に吹込むことが可能なランスと、
前記ランスに接続され、該ランスに酸素を供給する酸素配管と、
前記酸素配管に設けられた流量調整弁と、
前記流量調整弁より上流で前記酸素配管に接続された窒素配管と、
前記酸素配管と前記窒素配管との接続位置より上流で、前記酸素配管に設けられ、動力源が失陥した場合に、前記酸素配管の酸素流れを遮断する酸素流れ遮断機構と、を備え、
前記窒素配管は、逆止弁と、前記逆止弁より上流に配置され、動力源が失陥した場合に、前記窒素配管に窒素を流す窒素流れ開閉機構と、
前記窒素流れ開閉機構より上流で前記窒素配管に接続されるレシーバータンクであって、該レシーバータンクから前記高炉羽口までの配管容積の３〜５倍となる容積を有するレシーバータンクと、
該レシーバータンクの上流側に配置され、動力源が失陥した場合に閉動作する窒素本管遮断弁と、を備える高炉羽口から酸素を吹込む設備。 - 請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉羽口から酸素を吹込む設備を用いて、高炉内に微粉炭及び酸素を吹込む高炉操業方法。
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| JP2014551886A JP5888435B2 (ja) | 2012-12-11 | 2013-12-09 | 高炉羽口から酸素を吹込む設備及び高炉操業方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2012270092 | 2012-12-11 | ||
| JP2012270092 | 2012-12-11 | ||
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