JP6057642B2 - スラグ除去装置及びスラグ除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉設備に適用されるブローパイプ用のスラグ除去装置及びスラグ除去方法に係り、特に、補助燃料として低品位炭を粉砕した微粉炭を熱風とともに炉内へ吹き込むブローパイプに好適なスラグ除去装置及びスラグ除去方法に関する。

高炉設備は、高炉本体の内部に、頂部から鉄鉱石や石灰石や石炭等の原料を投入するとともに、側部の下方寄りの羽口から熱風及び補助燃料として微粉炭（ＰＣＩ炭）を吹き込むことにより、鉄鉱石から銑鉄を製造できるようになっている。
このような高炉設備において微粉炭の吹き込み運転をする際、微粉炭として亜瀝青炭や褐炭などの一般的に灰融点が１１００〜１３００℃程度と低い低品位炭を使用した場合には、微粉炭を炉内に吹き込むために使用する約１２００℃の熱風中に含まれる酸素と微粉炭の一部とが燃焼反応を示すことにより、この時に生じる燃焼熱で融点の低い灰（以下、「スラグ」と呼ぶ）がインジェクションランスや羽口内で溶解する。

こうして溶解したスラグは、高炉の温度から守るために常時冷却されている羽口と接触することで急激に冷却される。この結果、固体のスラグが羽口に付着することにより、ブローパイプの流路を詰まらせるという問題がある。
このような問題を解決するため、例えば下記の特許文献１に開示されている従来技術のように、微粉炭中のスラグ軟化点（温度）が低い場合には、高炉内の温度以上の融点となるように軟化点調整処理を行い、羽口へのスラグ付着を防止することが行われている。

また、下記の特許文献２には、羽口の炉外側端部から羽口内部に固球を打ち込むことでスラグを除去することが開示されている。
さらに、下記の特許文献３には、２本のランス先端部に形成される隙間に蓄積される付着物を除去するため、粒径１〜２ｍｍの固形チップを吹き込んでランスを振動させることが開示されている。

特開平５−１５６３３０号公報 特開平６−１９２７１４号公報 特開２００６−６３３７６号公報

しかしながら、上述した従来技術には、下記の問題点が指摘されている。
特許文献１に開示された従来技術の問題は、微粉炭と固体の添加物（造滓剤）とを完全に（均一に）混合させることが困難であり、この結果、添加物の混合割合が所定値より低い部分におけるスラグ形成を防止できないことである。また、添加物を用いる場合には、新たに石灰石や蛇紋岩などの酸化カルシウム（ＣａＯ）源が必要となるため、余分なコストが発生するという問題も指摘されている。

次に、特許文献２に開示された従来技術の問題は、必ずしも全ての固球がスラグに衝突するとは限らないことである。従って、スラグに衝突しない固球が存在すると、この固球がブローパイプ内面に直接衝突することもあるので、固球の衝突によりパイプ等を傷つけることが懸念されている。なお、この特許文献２において、固球により破損するスラグの対象は、送風羽口及び断熱リングである。
なお、特許文献３に開示された従来技術はランスを振動させるものであり、ブローパイプや羽口への適用は困難である。

このような背景から、高炉設備に適用されるブローパイプ用のスラグ除去装置は、軟化点調整を行わなくても簡単な装置構成で容易かつ確実にスラグ除去を可能にすることが望まれる。また、高炉設備に適用されるブローパイプ用のスラグ除去装置は、パイプ破損等のリスクを極力低減し、できるだけ簡単な装置構成で容易かつ確実なスラグ除去を可能にすることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、軟化点調整を行わない微粉炭を用いた場合でも、簡単な装置構成で容易かつ確実にスラグ除去を達成でき、さらに、パイプ破損等のリスクを極力低減できる高炉設備のスラグ除去装置及びスラグ除去方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るスラグ除去装置は、鉄鉱石から銑鉄を製造する高炉本体の羽口から熱風とともに補助燃料の微粉炭を吹き込むブローパイプに設けられ、前記微粉炭のスラグに前記熱風及び／または前記微粉炭の燃焼熱により溶融する成分を含んでいるブローパイプ用のスラグ除去装置であって、前記ブローパイプの内部で前記微粉炭を吹き込むインジェクションランスと、前記インジェクションランスとは別に設けられ、前記ブローパイプ内に固形物及び可燃性液体の少なくとも一つを吹き込む噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルのノズル先端が、前記ブローパイプの軸方向において前記インジェクションランスの先端部と略一致する位置か、あるいは、若干上流側に設置され、前記熱風の流れ内に設けられていることを特徴とするものである。
上記の発明において、前記噴射ノズルは、前記ブローパイプ内に前記固形物を吹き込む場合に、前記固形物を供給する固形物供給源と、前記固形供給源から前記噴射ノズルに前記固形物を供給する固形物供給配管とを備え、前記固形物供給配管は前記固形物の供給を制御する第１の開閉制御弁を備えていてもよい。
また、上記の発明において、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物を吹き込む場合に、前記固形物は、前記羽口付近の温度より融点が高くかつ前記微粉炭より粒径が大きいことが好ましい。

このような本発明のスラグ除去装置によれば、ブローパイプ内を流れる微粉炭及び熱風の中に羽口付近の温度より融点が高くかつ微粉炭より粒径の大きい固形物を吹き込む噴射ノズルを設け、該噴射ノズルは、固形物を供給するとともに開閉制御弁を設けた固形物供給系を備えているので、噴射ノズルからブローパイプの内部に吹き込まれた固形物は、熱風の流れを推進力として溶融することなく進み、羽口付近に付着しているスラグに力学的な衝撃を与えることによって除去することができる。この場合、ブローパイプ内における固形物の推進力として、熱風の流れを利用できる。
なお、好適な固形物としては、粒状石炭、スラグ、石灰粒、ペレット粒、焼結鉱、鉄粉等を例示でき、これらの中から１種または複数種を混合して使用すればよい。

上記の発明において、前記ブローパイプの内部で前記微粉炭を吹き込むインジェクションランスより上流側となる位置に、前記熱風の流れに旋回流を発生させる旋回流形成部を備えていることが好ましく、これにより、吹き出された固形物は、ブローパイプ内に形成された旋回流により遠心力を受け、スラグが付着しているパイプ内面または羽口内面に対して集中的に衝突するようになる。

上記の発明において、前記噴射ノズルは、前記ブローパイプ内に前記可燃性液体を吹き込む場合に、前記可燃性液体を供給する液体供給源と、前記液体供給源から前記噴射ノズルに前記可燃性液体を供給する液体供給配管を備え、前記液体供給配管は前記可燃性液体の供給を制御する第２の開閉制御弁を備えていてもよい。
なお、上述した固形物の噴射ノズル及び液体の噴射ノズルは、各々別体に設けたものでもよいし、あるいは、開閉制御弁の開閉操作で流路を切り換えて噴射物を選択できる一体型のノズルでもよい。
また、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物及び前記可燃性液体を吹き込む場合に、前記噴射ノズルは、前記固形物を噴射する第１の噴射ノズルと、前記可燃性液体を噴射する第２の噴射ノズルとを備えていてもよい。

上記の発明において、前記噴射ノズルより上流側の熱風圧力と、前記ブローパイプの出口近傍熱風圧力との差圧により、スラグ付着状況を検出するスラグ検出手段を備えていることが望ましい。このようなスラグ検出手段は、スラグの付着が流路断面積を減少させ、この結果、圧力損失の増加により差圧が大きくなることを検出できる。

上記の発明において、前記スラグ検出手段で検出したスラグ付着状況がスラグ除去閾値以上と判断し、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物を吹き込む場合に、前記固形物の供給を制御する第１の開閉制御弁を開いて前記固形物が噴射され、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記可燃性液体を吹き込む場合に、前記可燃性液体の供給を制御する第２の開閉制御弁を開いて前記可燃性液体が噴射され、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物及び前記可燃性液体を吹き込む場合に、前記第１の開閉制御弁を開いて前記固形物が噴射されるとともに、前記第２の開閉制御弁を開いて前記可燃性液体が噴射され、前記スラグ検出手段で検出したスラグ付着量がスラグ除去停止閾値より少ないと判断し、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物の吹き込みを停止する場合に、前記第１の開閉制御弁を閉じて前記固形物の噴射が停止され、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記可燃性液体の吹き込みを停止する場合に、前記第２の開閉制御弁を閉じて前記可燃性液体の噴射が停止され、前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物及び前記可燃性液体の吹き込みを停止する場合に、前記第１の開閉制御弁を閉じて前記固形物の噴射が停止されるとともに、前記第２の開閉制御弁を閉じて前記可燃性液体の噴射が停止されることが好ましい。これにより、スラグ付着量が多い必要時にのみ液体噴射ノズルからの液体や噴射ノズルからの固形物を噴射できる。

上記の発明において、前記スラグ付着状況が前記スラグ除去閾値より大きい値に設定されたアラーム出力閾値を備えていれば、液体噴射ノズルや噴射ノズルによるスラグ除去が予定通り行われていないことを検出できる。

上述した本発明のスラグ除去装置及びスラグ除去方法によれば、液体噴射や固形物噴射によりスラグを破壊して除去するので、軟化点調整を行わない微粉炭を用いた場合でも、簡単な装置構成で容易かつ確実にスラグ除去を達成でき、さらに、液体噴射を優先することでパイプの摩耗や破損等のリスク低減が可能になる。

この結果、亜瀝青炭や褐炭などのように灰融点が１１００〜１３００℃程度と低い低品位炭についても、これを原料炭とする改質などにより、補助燃料の微粉炭として使用可能となる。すなわち、補助燃料を吹き込む約１２００℃の熱風中に含まれる酸素が微粉炭と燃焼反応するので、この燃焼反応によって生じる燃焼熱で溶解した低融点のスラグが低温の羽口に接触することによって急冷され、固体のスラグとなって羽口に付着するような場合であっても、液体噴射や固形物噴射によって付着したスラグを容易に破壊・除去してブローパイプの流路が詰まることを防止できる。

本発明に係るスラグ除去装置及びスラグ除去方法の一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示したスラグ除去装置及びスラグ除去方法について、旋回流形成部の変形例を示す概略構成図である。 図１に示したスラグ除去装置及びスラグ除去方法について、スラグ検出手段の構成例を説明する要部拡大図である。 図１に示したスラグ除去装置及びスラグ除去方法が適用される高炉設備の構成例を示す図である。

以下、本発明に係るスラグ除去装置及びスラグ除去方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態のスラグ除去装置及びスラグ除去方法は、原料炭が低品位炭の微粉炭を羽口から高炉内に熱風とともに吹き込む高炉設備に用いられる。
例えば図４に示すような高炉設備において、鉄鉱石、石灰石及び石炭等の原料１は、原料定量供給装置１０から搬入コンベア１１を介して高炉本体２０の頂部に設けた炉頂ホッパ２１に供給される。高炉本体２０の下部側壁には、円周方向に略等ピッチで配設された複数の羽口２２を備えている。各羽口２２には、高炉本体２０の内部へ熱風２を供給するブローパイプ３０の下流側端部が連結されている。また、各ブローパイプ３０の上流側端部は、高炉本体２０の内部へ供給する熱風２の供給源である熱風送給装置４０と接続されている。

高炉本体２０の近傍には、原料炭（亜瀝青炭や褐炭等のような低品位炭）から石炭中の水分を蒸発させるなどの前処理（改質）を行い、この前処理後に低品位炭を粉砕して微粉炭とする微粉炭製造装置５０が設置されている。
微粉炭製造装置５０で製造された改質後の微粉炭（改質炭）３は、窒素ガス等の搬送ガス４によりサイクロンセパレータ６０へと気体搬送される。気体搬送された微粉炭３は、サイクロンセパレータ６０で搬送ガス４を分離した後、貯蔵タンク７０内に落下して貯蔵される。このような改質後の微粉炭３は、高炉本体２０の高炉吹込炭（ＰＣＩ炭）として使用される。

貯蔵タンク７０内の微粉炭３は、上述したブローパイプ３０のインジェクションランス（以下、「ランス」と呼ぶ）３１内へ供給される。この微粉炭３は、ブローパイプ３０を流れる熱風中に供給されることで燃焼し、ブローパイプ３０の先端で火炎となってレースウェイを形成する。これにより、高炉本体２０内に投入された原料１の中に含まれる石炭等を燃焼させる。この結果、原料１の中に含まれる鉄鉱石が還元され、銑鉄（溶銑）５となって出銑口２３から取り出される。

上述したランス３１からブローパイプ３０の内部へ供給されて高炉吹込炭となる微粉炭３の好適な性状は、すなわち、低品位炭を改質して粉砕した改質微粉炭（補助燃料）の好適な性状は、酸素原子含有割合（ドライベース）が１０〜１８重量％であり、かつ、平均細孔径が１０〜５０ｎｍ（ナノメートル）である。なお、改質微粉炭のより好ましい平均細孔径は、２０〜５０ｎｍ（ナノメートル）である。
このような微粉炭３は、含酸素官能基（カルボキシル基、アルデヒド基、エステル基、水酸基等）のタール生成基が離脱して大きく減少しているものの、主骨格（Ｃ，Ｈ，Ｏを中心とする燃焼成分）の分解（減少）が大きく抑制されている。このため、高炉本体２０の内部に羽口２２から熱風２とともに吹き込むと、主骨格中に酸素原子を多く含むとともに、径の大きい細孔によって、熱風２の酸素が炭の内部にまで拡散しやすいだけでなく、タール分が非常に生じにくくなっているので、未燃炭素（煤）をほとんど生じることなく完全燃焼することができる。

このような微粉炭３を製造（改質）するには、上述した微粉炭製造装置５０において、原料炭である亜瀝青炭や褐炭等の低品位炭（ドライベースの酸素原子含有割合：１８重量％超、平均細孔径：３〜４ｎｍ）を酸素濃度が５体積％以下の低酸素雰囲気中で加熱（１１０〜２００℃×０．５〜１時間）して乾燥する乾燥工程が実施される。

上述した乾燥工程で水分を除去した後、原料炭を低酸素雰囲気中（酸素濃度：２体積％以下）で再度加熱（４６０〜５９０℃（好ましくは、５００〜５５０℃）×０．５〜１時間）する乾留工程が実施される。この乾留工程により原料炭が乾留されることにより、生成水、二酸化炭素及びタール分が乾留ガスや乾留油として除去される。
この後、冷却工程に進んだ原料炭は、酸素濃度が２体積％以下の低酸素雰囲気中で冷却（５０℃以下）された後、微粉砕工程で微粉砕（粒径：７７μｍ以下（８０％パス））されることによって容易に製造される。

本実施形態では、例えば図１及び２に示すように、スラグ付着領域であるブローパイプ３０の内壁面や羽口２２及びその近傍の内壁面に付着したスラグＳの除去を目的として、ブローパイプ３０の内部に対して液体６または固形物７を吹き込むための噴射ノズル８０が設けられている。この噴射ノズル８０は、例えばブローパイプ３０の内周面に沿って、円周方向に１または複数個が適宜設けられている。
この場合、噴射ノズル８０から噴射する好適な液体６としては、水または重油等の可燃性液体を例示できる。また、噴射ノズル８０から噴射する好適な固形物７としては、粒状石炭、スラグ、石灰粒、ペレット粒、焼結鉱、鉄粉等を例示でき、これらの中から１種または複数種を混合して使用すればよい。

噴射ノズル８０から噴射される液体６は、その蒸発潜熱を有効利用してブローパイプ３０や羽口２２の付近に付着したスラグを急冷するものである。液体６の噴射を受けて急冷されたスラグＳは、熱収縮により破壊されるため容易に除去することができる。
これに対し、噴射ノズル８０から噴射される固形物７は、熱風２の流れを推進力としてブローパイプ３０内を溶融することなく進むので、羽口２２の付近に付着しているスラグＳに衝突する。従って、固形物７は、スラグＳに衝突して力学的な衝撃を与えることができる。この結果、固形物７の衝突を受けたスラグＳは、衝突時の衝撃により破壊されるため容易に除去することができる。

噴射ノズル８０は、液体６や固形物７の流体を噴射するノズル先端８１の出口開口が微粉炭３やスラグＳ等によって塞がれないようにするため、ブローパイプ３０の軸方向において微粉炭３を供給するランス３１の先端部３１ａと略一致する位置か、あるいは、若干上流側に設置されることが望ましい。この場合、噴射ノズル８０のノズル先端８１は、羽口２２の方向へ流体を、特に液体を棒状に噴射するノズル形状が好ましく、必要に応じて噴射方向を可変としてもよい。なお、ノズル先端８１の噴射方向を可変とする場合には、例えば液体や固形物搬送ガスの供給圧力を利用して揺動や旋回をさせるものがある。
また、噴射ノズル８０を設置する半径方向の位置は、熱風２の流路抵抗とならないように、そして、ブローパイプ３０の壁面に付着したスラグＳに向けて直射できるようにするため、ブローパイプ３０の壁面から近い位置が望ましい。

噴射ノズル８０は、例えば図３に示すように、液体供給源８３と液体供給配管８４を介して接続されている。
液体供給配管８４には、主な構成要素として、液体供給源８３内の液体を噴射ノズル８０へ圧送するための送出ポンプ８５と、開閉状態の切替操作によって噴射ノズル８０への液体供給（オン・オフ）を制御する開閉制御弁８６と、が設けられている。

さらに、噴射ノズル８０は、固形物供給源８７と固形物供給配管８８を介して接続されている。
固形物供給源８７の固形物は、例えば窒素ガス等のように、図示しない固形物搬送ガス供給源を備えている。また、固形物供給配管８８には、主な構成要素として、開閉状態の切替操作によって噴射ノズル８０への固形物供給（オン・オフ）を制御する開閉制御弁８９が設けられている。

開閉制御弁８６，８９の開閉制御は、差圧計９０で計測した差圧ΔＰの値により行われる。この差圧計９０には、例えば熱風母管３２とブローパイプ３０の羽口２２近傍であるブローパイプ下流位置との差圧ΔＰを測定するように、２本の圧力導入管９０ａ，９０ｂが接続されている。

このように、噴射ノズル８０は、噴射する液体６を供給するとともに開閉制御弁８６を備えた液体供給系と、噴射する固形物７を供給するとともに開閉制御弁８９を備えた固形物供給系と、スラグ付着領域のスラグ状況を検出する差圧計（スラグ検出手段）９０とを備えている。従って、図示の噴射ノズル８０は、開閉制御弁８６，８９の開閉状態に応じて、１つのノズル先端８１から液体６または固形物７のいずれか一方を選択して、あるいは、液体６及び固形物７の両方を同時に噴射することができる。

以下の説明では、図示されたように、１つの噴射ノズル８０に液体供給系及び固形物供給系を接続した構成について説明するが、この構成に限定されることはない。すなわち、液体供給系及び固形物供給系が、各々独立した液体噴射ノズルまたは固形物噴射ノズルを備えた構成としてもよい。

そして、スラグ付着量の判断は、噴射ノズル８０より上流側の熱風圧力と、ブローパイプ３０の出口近傍熱風圧力との差圧によりなされる。
すなわち、ブローパイプ３０の内壁面や羽口２２の付近にスラグＳが付着していると、ブローパイプ３０の流路断面積低下により圧力損失が生じるので、熱風母管３２から供給されて高炉本体２０へ流出する熱風の流れには圧力低下が生じることとなる。従って、熱風母管３２に接続された圧力導入管９０ａと、ブローパイプ３０のブローパイプ下流位置に接続された圧力導入管９０ｂとにより、差圧計９０によりスラグ付着領域の前後に生じる熱風２の差圧ΔＰを計測し、差圧ΔＰの大小からスラグＳの付着状況を推測する。
こうして計測した差圧ΔＰは、予め定めた閾値との比較により、上述した開閉制御弁８６，８９の開閉操作に使用される。

ところで、上述した噴射ノズル８０は、液体６または固形物７を単独で噴射してスラグ除去を実施してもよいし、あるいは、液体６及び固形物７の両方を同時に噴射してスラグ除去を実施してもよい。
しかし、好ましいスラグ除去方法としては、第１段階のスラグ除去工程として、最初に噴射ノズル８０から液体を単独噴射してスラグ除去を実施し、第１段階のスラグ除去工程で所定のスラグ除去を達成できない場合には、第２段階のスラグ除去工程として、噴射ノズル８０から固形物７を単独で噴射する。
また、必要に応じて、第２段階のスラグ除去工程で所定のスラグ除去を達成できない場合に実施するように、噴射ノズル８０から液体６及び固形物７を同時に噴射してスラグ除去をする第３段階のスラグ除去工程を設けてもよい。

すなわち、液体６を噴射するスラグ除去には、固形物７を衝突させるスラグ除去と比較すれば、パイプの摩耗や破損等のリスクが小さいという利点がある。
従って、液体噴射による第１段階のスラグ除去工程を優先的に実施し、この液体噴射ではスラグＳを除去できなかった場合にのみ、例えば所定時間継続して液体噴射をしてもスラグ除去が完了したことを確認できないような場合にのみ、第２段階のスラグ除去工程を実施する。この結果、液体６では除去できなかったスラグＳについても、固形物７による衝撃力を利用して確実に除去することが可能になる。

より好ましいスラグ除去方法は、第２段階のスラグ除去工程として噴射ノズル８０から固形物７を単独で噴射し、第２段階の固形物７を単独噴射するスラグ除去工程でも所定のスラグ除去を達成できない場合には、さらに第３段階のスラグ除去工程として、噴射ノズル８０から液体６及び固形物７を同時に噴射してスラグ除去が実施する。この第３段階のスラグ除去工程では、液体６として可燃性液体を使用することが望ましい。
なお、第２段階のスラグ除去工程において、液体６及び固形物７を同時噴射することも可能である。

以下、差圧ΔＰの閾値と、差圧計９０で計測した差圧ΔＰに基づく開閉制御弁８６，８９の開閉制御について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、液体６及び固形物７の両方を同時に噴射するものとし、開閉制御弁８６が開となった状態では、噴射ノズル８０から液体を噴射するように、送出ポンプ８５の運転が起動される。

本実施形態では、二つの閾値、すなわち、閉状態の開閉制御弁８６，８９を開く第１の閾値（スラグ除去閾値）ＨＬと、開状態の開閉制御弁８６，８９を閉じる第２の閾値（スラグ除去停止閾値）ＬＬと、が設定されている。
なお、二つの閾値については、上述した第１段階及び第２段階等のスラグ除去工程で同じ値を採用してもよいし、あるいは、例えば液体噴射による第１段階のスラグ除去工程を優先的に実施する場合など、後段階のスラグ除去工程に第１段階のスラグ除去工程より大きな値を採用してもよい。

換言すれば、第１の閾値（スラグ除去閾値）ＨＬは、スラグ検出手段の差圧計９０で検出したスラグ付着量がスラグ除去閾値以上と判断した場合、開閉制御弁８６，８９を開いて液体６及び固形物７を噴射するための閾値である。
また、第２の閾値（スラグ除去停止閾値）ＬＬは、スラグ検出手段の差圧計９０で検出したスラグ付着量がスラグ除去停止閾値より少ないと判断した場合、開閉制御弁８６，８９を閉じて液体６及び固形物７の噴射を停止するための閾値である。
そして、スラグＳの付着がない運転開始時（初期設定時）には、開閉制御弁８６，８９が閉状態に設定されており、さらに、差圧計９０で検出した差圧ΔＰは第２の閾値ＬＬより低く、しかも、ほとんど差圧がない状態（ΔＰ≒０）となっている。

上述した初期設定時の状態から高炉設備の運転を継続すると、ブローパイプ３０や羽口２２において壁面にスラグＳが徐々に付着して堆積し、この結果、流路断面積の低下により流路抵抗も徐々に増加していく。従って、差圧計９０で検出した差圧ΔＰの値が増加して第１の閾値ＨＬに到達すると、これを検知した差圧計９０から開閉制御弁８６，８９の開信号が出力される。
この開信号により、開閉制御弁８６，８９が開とされ、同時に送出ポンプ８５も起動される。この結果、液体供給源８３内に貯蔵されている液体６は、噴射ノズル８０よりブローパイプ３０の内部に向けて噴射され、同時に、固形物供給源８７内に貯蔵されている固形物７も、噴射ノズル８０よりブローパイプ３０の内部に向けて噴射される。

この結果、噴射された液体６は、付着したスラグＳに当たると蒸発潜熱を奪って急冷する。このため、この急冷により、ガラス状の固体で脆いスラグＳが急激に熱収縮し、液体６の噴射を受けて熱収縮したスラグＳは破損して壁面から除去される。すなわち、破損して比較的小さな塊となったスラグＳは、熱風２や液体の流れによって高炉本体２０の炉内へ除去される。

一方、噴射された固形物７は、熱風２の流れにのって羽口２２の方向へ流れ、付着したスラグＳに当たると衝撃力が発生してガラス状の固体で脆いスラグＳを砕くように破損させる。この結果、固形物７が当たって衝撃力を受けたスラグＳは、破損して壁面から除去される。すなわち、破損して比較的小さな塊となったスラグＳは、熱風２や液体の流れによって高炉本体２０の炉内へ除去される。

こうしてスラグＳが除去されると、流路断面積の増加に伴って流路抵抗が低下することになるので、差圧計９０で検出される差圧ΔＰも低下する。そして、差圧計９０で検出した差圧ΔＰが低下して第２の閾値ＬＬに到達すると、開閉制御弁８６，８９の閉信号が出力される。この閉信号により、開閉制御弁８６，８９が閉とされ、同時に送出ポンプ９２の運転も停止されるので、液体６及び固形物７の噴射は停止される。
なお、上述した第１の閾値ＨＬは、開閉制御弁８６，８９を開状態とする第２の閾値ＬＬとの間にヒステリシスを設けて開閉制御弁８６，８９の頻繁な開閉を防止するため、若干大きな値（ＨＬ＞ＬＬ）に設定されている。

このように、液体６の蒸発潜熱を利用したスラグＳの急冷や固形物７の衝撃力を利用したスラグＳの粉砕により、スラグＳ除去する噴射ノズル８０を設けたことにより、固球や研掃材を吹き込むブラスト等の供給設備が不要となる。しかも、水や可燃性液体等の液体は、噴射後に蒸気や燃焼ガスとなるので、この液体噴射を優先して実施すればスラグ除去後の後処理が極めて容易である。
特に、液体として重油等の可燃性液体を採用すれば、可燃性液体が燃焼することで熱風の温度をさらに上昇させることができる。

また、上述した実施形態では、閉状態の開閉制御弁８６，８９を開く第１の閾値ＨＬと、開状態の開閉制御弁８６，８９を閉じる第２の閾値ＬＬとの二つの閾値を設定しているが、さらに、第３の閾値ＨＨＬを設定してもよい。
第３の閾値ＨＨＬは、閉状態の開閉制御弁８６，８９を開く第１の閾値ＨＬより大きな設定値（ＨＨＬ＞ＨＬ）であり、この閾値ＨＨＬを超えた差圧ΔＰを検出した場合には、スラグＳの除去等に問題があると判断できる。従って、差圧ΔＰが第３の閾値ＨＨＬを超えた場合には、例えば高炉設備の制御室等にアラームを出力することで早急に必要な対応を実施できるようになるので、ブローパイプ３０の破損といった高炉設備の重大なトラブルを未然に防止することが可能になる。すなわち、第３の閾値ＨＨＬは、スラグ付着量が上述した第１の閾値（スラグ除去閾値）ＨＬより大きい値に設定されたアラーム出力閾値である。

ところで、上述したブローパイプ３０の内部には、微粉炭３を吹き込むランス３１より上流側となる位置、すなわち、熱風２を供給する熱風母管３２とランス３１との間に、熱風２の流れに旋回流を発生させる旋回流形成部が設けられている。この旋回流形成部は、例えば図１に示すような旋回ベーン３３を採用してもよいし、あるいは、変形例として図２に示す旋回リボン３４を採用してもよい。なお、旋回ベーン３３は、流路断面に対して角度を有する複数のベーンを周方向に配置したものであり、旋回リボン３４は、薄板を螺旋状に成形したものである。

このように、旋回ベーン３３や旋回リボン３４旋回流形成部のような旋回流形成部を設けると、ブローパイプ３０内を流れる熱風２が旋回流形成部を通過することにより旋回流となる。このため、噴射ノズル８０から吹き出された固形物７は、ブローパイプ３０内に形成された旋回流の影響を受けることにより、遠心力によって外周側へ集まる。従って、スラグＳが付着しているブローパイプ３０のパイプ内面または羽口２２の内面に対し、固形物７が集中的に衝突するようになり、効率のよいスラグ除去が可能になる。

このように、上述した本実施形態のスラグ除去装置及びスラグ除去方法によれば、液体噴射や固形物噴射によりスラグＳを破壊して除去するので、軟化点調整を行わない微粉炭３を用いた場合でも、簡単な装置構成で容易かつ確実にスラグ除去を達成できる。
さらに、液体噴射を優先したスラグ除去を実施することで、ブローパイプ３０に生じる摩耗や破損等のリスクを低減することができる。
従って、微粉炭３の軟化点調整を行わなくても、付着したスラグＳを破壊して除去することができるので、ブローパイプ３０については、例えば羽口２２の摩耗寿命までメンテナンス期間の延長が可能となる。

ところで、上述した微粉炭３のスラグＳに含まれ、熱風２や微粉炭３の燃焼熱等によって溶融する成分、すなわち低融点のスラグ成分は、約１２００℃の熱風２を使用する場合の灰融点が概ね１１００〜１３００℃程度である。このような低融点のスラグ成分は、微粉炭３の原料炭として亜瀝青炭や褐炭などの低品位炭を用い、乾燥や乾留等の改質処理を施した改質炭にも含まれている。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ 原料
２ 熱風
３ 微粉炭（改質炭）
４ 搬送ガス
５ 銑鉄（溶銑）
６ 液体
７ 固形物
１０ 原料定量供給装置
２０ 高炉本体
２１ 炉頂ホッパ
２２ 羽口
３０ ブローパイプ
３１ インジェクションランス（ランス）
３２ 熱風母管
３３ 旋回ベーン（旋回流形成部）
３４ 旋回リボン（旋回流形成部）
４０ 熱風送給装置
５０ 微粉炭製造装置
６０ サイクロンセパレータ
７０ 貯蔵タンク
８０ 噴射ノズル
８１ ノズル先端
８６，８９ 開閉制御弁
９０ 差圧計
Ｓ スラグ（灰）

Claims (9)

1. 鉄鉱石から銑鉄を製造する高炉本体の羽口から熱風とともに補助燃料の微粉炭を吹き込むブローパイプに設けられ、前記微粉炭のスラグに前記熱風及び／または前記微粉炭の燃焼熱により溶融する成分を含んでいるブローパイプ用のスラグ除去装置であって、
   前記ブローパイプの内部で前記微粉炭を吹き込むインジェクションランスと、
   前記インジェクションランスとは別に設けられ、前記ブローパイプ内に固形物及び可燃性液体の少なくとも一つを吹き込む噴射ノズルとを備え、
   前記噴射ノズルのノズル先端が、前記ブローパイプの軸方向において前記インジェクションランスの先端部と略一致する位置か、あるいは、若干上流側に設置され、前記熱風の流れ内に設けられているスラグ除去装置。
2. 前記噴射ノズルは、
   前記ブローパイプ内に前記固形物を吹き込む場合に、
   前記固形物を供給する固形物供給源と、前記固形物供給源から前記噴射ノズルに前記固形物を供給する固形物供給配管とを備え、前記固形物供給配管は前記固形物の供給を制御する第１の開閉制御弁を備えている請求項１に記載のスラグ除去装置。
3. 前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物を吹き込む場合に、
   前記固形物は、前記羽口付近の温度より融点が高くかつ前記微粉炭より粒径が大きい請求項１または請求項２に記載のスラグ除去装置。
4. 前記インジェクションランスより上流側となる位置に、前記熱風の流れに旋回流を発生させる旋回流形成部を備えている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスラグ除去装置。
5. 前記噴射ノズルは、
   前記ブローパイプ内に前記可燃性液体を吹き込む場合に、
   前記可燃性液体を供給する液体供給源と、前記液体供給源から前記噴射ノズルに前記可燃性液体を供給する液体供給配管を備え、前記液体供給配管は前記可燃性液体の供給を制御する第２の開閉制御弁を備えている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスラグ除去装置。
6. 前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物及び前記可燃性液体を吹き込む場合に、
   前記噴射ノズルは、前記固形物を噴射する第１の噴射ノズルと、前記可燃性液体を噴射する第２の噴射ノズルとを備えている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスラグ除去装置。
7. 前記噴射ノズルより上流側の熱風圧力と、前記ブローパイプの出口近傍熱風圧力との差圧により、スラグ付着状況を検出するスラグ検出手段を備えている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスラグ除去装置。
8. 前記スラグ検出手段で検出したスラグ付着状況がスラグ除去閾値以上と判断し、
   前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物を吹き込む場合に、前記固形物の供給を制御する第１の開閉制御弁を開いて前記固形物が噴射され、
   前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記可燃性液体を吹き込む場合に、前記可燃性液体の供給を制御する第２の開閉制御弁を開いて前記可燃性液体が噴射され、
   前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物及び前記可燃性液体を吹き込む場合に、前記第１の開閉制御弁を開いて前記固形物が噴射されるとともに、前記第２の開閉制御弁を開いて前記可燃性液体が噴射され、
   前記スラグ検出手段で検出したスラグ付着量がスラグ除去停止閾値より少ないと判断し、
   前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物の吹き込みを停止する場合に、前記第１の開閉制御弁を閉じて前記固形物の噴射が停止され、
   前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記可燃性液体の吹き込みを停止する場合に、前記第２の開閉制御弁を閉じて前記可燃性液体の噴射が停止され、
   前記噴射ノズルから、前記ブローパイプ内に前記固形物及び前記可燃性液体の吹き込みを停止する場合に、前記第１の開閉制御弁を閉じて前記固形物の噴射が停止されるとともに、前記第２の開閉制御弁を閉じて前記可燃性液体の噴射が停止される請求項７に記載のスラグ除去装置。
9. 前記スラグ付着状況が前記スラグ除去閾値より大きい値に設定されたアラーム出力閾値を備えている請求項８に記載のスラグ除去装置。

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