JPH0254708A - 高炉への微粉炭吹込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高炉へ微粉炭を吹込む方法に関する。

（従来の技術） 高炉操業における微粉炭吹込みは、高炉操業安定化の手
段となるだけでなく、高価なコークスを節約し、補助燃
料として安価な微粉炭を使用することによるコスト低減
の手段として有効であり、最近は多くの高炉で実施され
るようになってきた。

微粉炭は、他のガスおよび液体燃料に比べて燃焼性が悪
いと考えられていることと不燃分である灰分を含んでい
ることから、天分由来の付着物を生成することなく効率
良く燃焼させるために従来から種々の対策が講じられて
きた。たとえば、特公昭６０−５３０８１号公報では、
微粉炭の燃焼性を高めることを目的として、ブローパイ
プまたは羽口内壁への灰分の溶融物の付着を防止できる
範囲で、微粉炭の吹込み用バーナー先端位置（以下、バ
ーナー先端位置という）を羽口先端から遠ざけて、バー
ナー先端位置をブローパイプ内に位置させる方法が提案
されている。また、特公昭５４１３０４１９号公報では
、高炉に吹込む微粉炭を２００メツシユ（７４μｍ）以
下が７０重量％以上＼ で＋００メツシユ（１４９μｍ）以上が１５重量％以下
よりなる粒度分布にして、細粒化による微粉炭の燃焼性
向上が提案されている。

このように従来の技術は、微粉炭の燃焼性が悪いと認識
されていたことから、燃焼性を高めることを目的として
バーナー先端位置や微粉炭の粒子径を決定するものであ
った。すなわち、従来の高炉への微粉炭吹込み技術では
、ある特定の粒度で微粉炭の燃焼性を確保するものやブ
ローパイプまたは羽目内壁への灰分の溶融物の付着を防
止する範囲で微粉炭の燃焼性を確保するためにバーナー
先端位置を羽目から遠ざけるものであった。

一方、本発明者らは、高炉への微粉炭の吹込み方法の適
正化を図るべく、従来よりレースウェイ燃焼炉（特願昭
６１−１５６５５３号）を用いて、コークス充填条件下
での微粉炭の燃焼実験を行ってきた。その結果、これま
で燃焼性が悪いと認識されていた微粉炭は、コークス充
填条件下では燃焼性が高く、高炉への微粉炭吹込みにお
いては、微粉炭を空気比１．０の条件まで大量に吹込む
ことが可能であること（田村ら・鉄と鋼７３（＋９８７
）。

！２，５７５７）、および、微粉炭の粒子径を０，５１
程度まで粗粒化しても微粉炭の燃焼性の面からは遜色な
いこと（」二野ら：ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ　ｖｏｌｌ（１
９８８）７０）を確認してきた。また、微粉炭の吹き込
み時には羽目内壁に灰分の溶融物が付着しやすいという
事実からも類推できることであるが、従来の高炉への微
粉炭吹込み方法では微粉炭の燃焼性は十分に高く、炉内
羽口先端上方への付着物の形成を防止すること、および
羽口部の熱損失を減少するためには、むしろバーナー先
端位置を羽口先端に近づける必要性があることを見出し
た（特願昭６２−１５６５５３号）。すなわち、空気比
μが１．１以上ではバーナー先端位置を羽口内へ位置さ
せ、かつ、羽口先端から６０ｍｍ以上遠ざけ、μが１．
１未満で羽口先端から６０＋＋＋ｎ＋未満に設置する方
法を提案した。

（発明が解決しようとする課題） 高炉への微粉炭吹込みでは、前述のように、天分を含む
微粉炭を大量に吹込んでも、微粉炭の燃焼性を確保でき
る範囲でバーナー先端位置を羽口先端に近づけることに
より、羽口内壁からの熱損失を減少し、さらに、羽口内
壁面だけでなく、高炉内の羽口先端上部にも天分に起因
する付着物を形成させない微粉炭の吹込み方法を確立す
ることか必要である。

そして、微粉炭の粉砕コストの低下と微粉炭の吹込みｆ
ｔの増加のため、微粉炭の粗粒化が有効であり、粗粒条
件での微粉炭の適正な吹込み方法を確立することが必要
である。

一般に、羽口内壁面および高炉内の羽口先端上部の付着
物は、微粉炭に含まれる天分が溶融することにより形成
される。すなわち、微粉炭か羽口内で熱分解および燃焼
することによりガス温度が上昇し、微粉炭中の灰分の融
点を越えることが原因である。したがって、微粉炭の燃
焼性を確保して、しかも、羽口内での微粉炭の熱分解お
よび燃焼により上昇するガス温度が、微粉炭の天分の融
点を越えない条件で微粉炭の吹込みを行わなくてはなら
ない。

しかしながら、従来の微粉炭吹込み操業では、微粉炭の
燃焼速度が遅く、燃焼性が悪いと認識されていたため、
既述のように、必要以上にブローパイプおよび羽口内で
微粉炭を燃焼させ、ガス温度の上昇が付着物の問題を引
き起こしていた。そして、羽口内の温度上昇により、羽
口内壁からの熱損失を増加させていた。これは、従来の
微粉炭吹込み方法が羽口先端でのガス温度を適正に制御
できる吹込み方法でなかったことによるものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の微粉炭吹込み方法は、萌記の課題を解決するた
めの方法を提供するものであり、高炉への熱風吹込み流
路に微粉炭を吹込む方法において、微粉炭の吹込み量Ｐ
ＣＲ（Ｋｇ／ｉ鉄トン）と微粉炭の粒子径ｄ　（ｉｌｌ
）に基づいて、微粉炭の吹込み用バーナー先端位置と羽
口先端位置との水平距＃ｔ　Ｌ（ｍ）（以下、微粉炭の
吹込み位置りと称する）を下記の（１）式を用いて設定
することを特徴とする。

Ｌ≦（５２ｄ　”−５３ｄ　＋１７．５）／（ＰＣＲ−
３０）　　　（１）ｐ なお、ｄは微粉炭の質量の８０重量％が含まれる粒子径
である。

また、微粉炭の吹込み量ＰＣＲ（Ｋｇ／銑鉄トン）と下
記（２）式に示す範囲における微粉炭の吹込み位置Ｌ　
（ｍ）に基づいて、微粉炭の粒子径ｄ　（ａｍ）が下記
（３）式を用いて算出した粒子の微粉炭を吹込むことを
特徴とする。

４／　（ＰＣＲ−３０）≦Ｌ≦１７．５／（ＰＣＲ−３
０）　　　　（２）ｄ　≦０．５１−０．１４　　Ｌ（
ＰＣＲ−３０）−４（３）すなわち、本発明は、任意の
微粉炭の吹込み量ＰＣＨに対して微粉炭の吹込み位置り
と微粉炭の粒子径ｄの範囲を明示して、該範囲の条件を
満足するようにＬもしくはｄを調整することにより、灰
分の溶融物に起因する付着物を羽目の内壁面は勿論、高
炉内の羽口先端上部にも形成することなく、かつ、羽目
部からの熱損失を増加することなく高炉へ微粉炭を人里
に吹込むことを可能とする方法を提供するものである。

以下に、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、高炉のレースウェイ条件での微粉炭の燃焼性
が確保できる範囲での微粉炭の適正な吹込み方法であっ
て、前述の（１）、（３）式なる関係式を用いて調整す
る方法である。すなわち、本発明は、微粉炭の吹込み方
法として微粉炭の吹込み量、吹込み位置および微粉炭の
粒子径をそれぞれパラメータとして変化させ、微粉炭の
燃焼性に関しては問題ない条件での組合わせによる微粉
炭の燃焼実験結果に基づ（ものである。

第３図は、本発明の方法に用いた実験装置の概要を示し
たものである。第３図において装置本体はレースウェイ
燃焼炉ｌであり、炉の内径は２ｍ。

内容積は１０ｍ３である。本燃焼炉に１個設置した羽口
２は内径７０ｍｍφであり、実高炉の約１／２の縮尺と
なっている。そして、熱風発生装置３での重油燃焼の排
ガスに酸素を富化することで所定の送風条件（送風温度
、送風量、酸素濃度）に調整して、送風用の熱風として
ブローパイプ４および羽口２を通してレースウェイ燃焼
炉１に吹込む。

微粉炭の吹込みは、ブローパイプ４もしくは羽口２を設
置した微粉炭吹込み用バーナ５より行う。

さて、高炉への微粉炭吹込み方法において、微粉炭中の
天分に起因する付着物が、ブローパイプ内、羽口内ある
いは羽口先端上方に形成するかどうかはその位置でのガ
ス温度が天分を溶融させる温度（灰分の融点は約１６０
０℃）に達しているか否かで判断することができる。こ
れは、微粉炭の吹込み方法の適正条件（限界）は、Ａｌ
ｔＯ２収支法（特願昭６２−１５６５５３号）に基づい
て計算した燃焼効率が１００％であることを前提にすれ
ば、羽口先端でのガス温度が１６００’ｃ以下であるこ
とといえる。そこで、本発明に至るレースウェイ燃焼炉
の微粉炭の燃焼実験では、羽口先端でのガス温度を第３
図に示すように、Ｗ　−Ｒｅ熱電対温度計７により測定
し、該測定値が１６００℃以下である吹込み条件を適正
とみなした。

以下に、レースウェイ燃焼炉ｌを用いた微粉炭の吹込み
実験条件（微粉炭ま性状、熱風吹込み条件）を示す。

（１）微粉炭の性状 （工業分析） 揮発分　　　３２重項第 固定炭素　　５７重量％ 天　　　分　　　　１０重量％ （元素分析） 炭　　　素　　　　７４重量％ 水　　　素　　　　　５重量％ 酸　　　素　　　　　９重量％ （２）熱風吹込み条件 送風温度　　１１００℃〜１３００℃ 送風圧力　　２　、０　Ｋｇｒ／ｃｍ”〜４　、　ＯＫ
ｇｒ／ｃＩｌ！（ゲージ圧力） 送風量　　　１０００　Ｎｍ”／ｈ−１１００Ｎｍ’／
ｈ酸素濃度　　２１容量％〜２５容徹％ ここで、Ｋｇｆは重力キログラムの意である。

なお、これらの実験条件はすべて高炉への微粉炭吹込み
を想定したものであり、本実験の送風量１０００〜１１
００　（Ｎ１１”／ｈ）は銑鉄ｌトンを製造するための
所要送風量に近似しているため、実験に用いた微粉炭の
吹込み量（Ｋｇ／ｈ）の値を、実高炉での銑鉄トン当た
りの微粉炭の吹込み量ＰＣＢ（Ｋｇ／ｌ）と等しいとみ
なした。

次に、本発明において着目している微粉炭の吹込み方法
としては、微粉炭の吹込みｆｉＰｃＲ（Ｋｇ／ｌ）、微
粉炭の吹込み位置Ｌ　（ｏ＋）および微粉炭の粒下のよ
うな条件を採用した。

（１）微粉炭の吹込み量：　Ｐ　ＣＲ（Ｋｇ／ｌ）０．
３０，６０，９０，１２０，１５０，１８０Ｋｇ／１（
２）微粉炭の吹込み位置（バーナ先端と羽口先端との水
平距離）：Ｌ（ｓ） ０、　０３．０．　０６，０．　１，０．　２，０．　
３．０．　４ｍ（３）微粉炭の粒子径（微粉炭の質量の
８０重遺影が含まれる粒子径）　：　ｄ　（ａｍ）Ｏ，
０５，０，１，０，２，０，３，０，４，０，５ｍｍ−
１−記の微粉炭吹込み方法の組合わせによる一連の実験
結果から、各微粉炭の粒子径毎の羽口先端でのガス温度
に及ぼす微粉炭の吹込み量ＰＣＲと吹込み位置りの影響
を示したのが第４図（ａ）〜Ｄ）である。第４図に基づ
いて、羽口先端でのガス温度を微粉炭中の天分の融点を
越えない温度、すなわち、１６００℃以下に抑えるため
の微粉炭の吹込み方法に関するＰＣＲ，Ｌ、ｄの関係式
を求めることができる。

まず、微粉炭の粒子径ｄをパラメータとして、羽口先端
でのガス温度が１６００℃となる微粉炭の吹込み量ＰＣ
Ｒと微粉炭の吹込み位置と羽口先端位置との水平距離り
の関係を第４図から読みとり、整理したのが第１図であ
る。第１図の曲線は、微粉炭の粒子径ｄと吹込みＩＩＰ
ＯＲの条件が与えられた場合の吹込み位置りの上限値を
示したものである。すなわち、微粉炭の吹込み位置りが
図中の数値以下になるよう羽口先端側（熱風の流路の下
流側）へ配置すればよい。第１図の曲線より、ｄをパラ
メータとしたときのしの上限値とＰＣＲの関係は、（４
）式で近似できることがわかった。

Ｌ≦Ａ／（ＰＣＲ−３０）　　：　（Ａ：定数）（４）
そして、さらにＡはｄの関数として（５）式に示すよう
に２次式近似できるので、（５）式を（４）式へ代入す
ることにより前記（１）式が得られた。

Ａ＝５２ｄ　　”−５３ｄ　　＋１７．５　　　　　　
　　　　　　　　　　（５）ｐ Ｌ≦（５２ｄ　　”−５３ｄ　　＋１７．５）／（ＰＣ
Ｒ−：（Ｏ）　　　　　　（１）ｐ （１）式を用いれば、たとえば、ＰＣＲ＝１００Ｋｇ／
ｌ、ｄ　＝　０．１ｍｍの場合にはＬを０．１８ｍ以下
にする必要があること、すなわち、微粉炭の吹込み位置
を羽口先端位置から０．１８ｍまでの範囲に設置する必
要がある。

次に、微粉炭の吹込み位置りをパラメータとして、同様
に羽口先端でのガス温度が１６００℃となる微粉炭の吹
込み量ＰＣＲと粒子径ｄとの関係を示したのが第２図で
ある。第２図に描かれた曲線は、ＬとＰＣＨの条件が与
えられた場合のｄの−Ｌ限値を示したものである。ちな
みに、第２図は前記の（１）式を変形し、ｄに関する２
次方程式の解である（３）式に基づいて作成したもので
ある。

ｄ≦０．５１−０．１４八■了「ｉ丁〒　　　　　　（
３）ただし、（４／（ＰＣＲ−３０））≦Ｌ≦（１７／
（ＰＣＲ−３０））　（２）。

たとえば、Ｐ　ＣＲ＝　１００Ｋｇ／ｌの場合には、微
粉炭の吹込み位置は（２）式より０．０４ｍ以上で０．
２２ｍ以下の範囲であれば、粒子径ｄを（３）式が満足
されるように調整することができる。すなわち、Ｐ能で
ある。

なお、本発明は、前述のように、送風温度は！１００℃
〜１３００℃送風圧力はゲージ圧力で２　、　ＯＫｇｆ
／ｃｍ’〜４　、　ＯＫｇｆ／ｃｍ”、酸素濃度ハ２１
容量％〜２５容量％において、十分に利用できるもので
ある。

（発明の作用） 本発明の作用を第１図および第２図によって説明する。

前記の（１）式に基づくＬに及ぼすＰＣＲとｄの影響の
代表事例を第１図に示すが、ＰＣＨの増加、あるいは、
ｄの増大に伴って、Ｌを減少させること、すなわち、微
粉炭の吹込み位置を羽口先端に近づけることが必要であ
る。実操業においては、たとえば、操業計画に基づきあ
らかじめ設定されたＰＣＲと高炉へ吹込む前に測定した
ｄに対して、（１）式に基づいて休風時に微粉炭の吹込
みバーナー位置を設定、変更することができる。また、
バーナーを羽口内壁に複数個配設したり、バーナー先端
位置を前後に可動できるようにしておけば、操業時にも
ＰＣＲあるいはｄの変化に応じてコ４整することができ
る。

つぎに、第２図は（３）式に基づ＜ｄ、に及ぼすＰＣＲ
とＬの影響を示したものであるが、ＰＣＨの増加、ある
いは、１７の増加に伴って、ｄ、を減少させることが必
要である。換言すれば、微粉炭の粗粒化を行うためには
、バーナー先端位置と羽口先端位置との水平距離を小さ
くすることが重要であることを示している。実操業にお
いては、たとえば、操業計画に基づきあらかじめ設定さ
れたＰＣＲとそのＰＣＲに対してＬが（２）式で示され
る範囲にあれば、粉砕石炭の供給虫の増加や粉砕機旋回
ペン角度の増大などにより、（３）式の範囲のｄ。

まで粗粒化して吹込むことができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例により１１本発明の特
徴を具体的に説明する。

第３図は、本発明の方法の効果を確認するために、本発
明法および従来方法による微粉炭の吹込み実験を行った
実験装置の概要である。

本装置を用いて、事前に、コークス６をレースウェイ燃
焼炉ｌに約５トン装入しておいて、コークス充填条件（
高炉のレースウェイ条件）下での微粉炭の燃焼実験を行
った。

本実施例の実験条件および結果を第１表に示す。

Ｎｏ、１（実施例１）は、ＰＣＲが約１００　Ｋｇ／ｌ
でｄが０．１５ｍｍの場合に、吹込み位置りが（１）式
により求められる範囲内にある条件での燃焼実験であり
、Ｎｏ、２（実施例２）は、ＰＣＲが約１５０　Ｋｇ／
ｌで吹込み位置が０．０６ｍの場合に、粒子径ｄが（３
）式により求められる範囲内にある条件での燃焼実験で
ある。また、Ｎｏ、３（比較例１）は、ＰＣＲ，ｄがＮ
ｏ、１と同等の条件でＬが（１）式により求められる上
限値より大きい場合の比較実験であり、Ｎｏ、４（比較
例２）は、ＰＣＲ，ＬがＮｏ、２と同等の条件でｄが（
３）式により求められる上限値より大きい場合の比較実
験である。

第１表に示すように、本実験における微粉炭の燃焼効率
は、前記のＡ　Ｉ　ｔｏ　３収支法（特願昭６２−１５
６５５３号）に基づいて計算したところ、すべて１００
％であった。また、実験終了後に解体調査を行い、炉内
の羽口先端直上の付着物の有無を調査した。その結果、
第１表で明らかなように、従来方法では微粉炭の天分に
由来する炉内の羽口先端直上の付着物が観察されたが、
本発明の方法によれば、付着物の生成が抑制された。し
たがって、本発明の方法により、微粉炭の燃焼性を確保
しながら、微粉炭に天分に由来する付着物の問題を解消
できることが実証された。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成されており、以下のような大
きな効果を得ることができる。

（１）微粉炭を必要以上にブローパイプおよび羽口内で
燃焼させることなく、羽口先端でのガプ、羽口および高
炉内の羽口先端直上における微粉炭中の灰分の溶融に起
因する付着物の生成を防止することができる。その結果
、付着物の形成に起因する炉況不調を回避し、高炉操業
を安定させることができる。また、羽口に断熱リングを
設置することが可能となり、羽口内での熱損失を大幅に
減少させることができ、省エネルギー化が達成され、高
炉操業能率の向上を可能とする。

（２）高炉内での微粉炭の燃焼効率を高く維持するため
の微粉炭の吹込み位置を定量的に決定できることから、
微粉炭の吹込み虫の大幅な増加および吹込む微粉炭の粗
粒化により、より一層のコスト低減および高炉操業安定
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は微粉炭の粒子径に対する羽口先端でのガス温度
が１６００℃となる吹込み量と吹込み位置の関係を示す
図、第２図は微粉炭の吹込み位置に対する羽口先端での
ガス温度が１６００℃となる吹込み１と粒子径の関係を
示す図、第３図は本発明に用いたレースウェイ燃焼炉の
概要側面図、第４図（ａ）〜（ｒ）は微粉炭の粒子径に
対する羽口先端でのガス温度に及ぼす微粉炭の吹込み位
置と吹込み量の影響を示した図である。 レースウェイ燃焼炉 羽目 熱風発生装置 ブローパイプ 微粉炭吹込み用バーナー コークス 熱電対温度計 第３図 第４図 （匈 ３０　　　６０　　　９０　　　　＋２０　　　＋５０
　　　１８０オーに１−γ今し・σに」た−−ｒ＝に　
ＰＣＲこｋ）メ仁〕（ｍＪ ３゜ 恢険衆今倹柁４ＰＣＲ内μ） 第４図 Ｃ） 久叶りの鴫す４ｒ　ＰＣＲ（ｈ四 （ｄ〕 ―半丸つ磯を寸ＰＣＲ（跨ｋ） 第４図 （ｊ） φ オＶ膚ミ護弓ｉＬっ０傘し」２ニーグー１し二ＰＣＲｃ
に）１七）３０　　６０　　９０　　１２０　　　＋５
０轍貯Ｌ−（４ｔ　Ｐ　ＣＲ（帰） ８゜ 補　　１１モ　　の　　内　　容 １）明細書３頁ＩＯ行目の「１５重量％」を１１５重屯
％」に訂正する。 ２）〃４頁１５行目のＩ−ｖｏｌｌＪを「ｖｏ１２１１
に訂正する ３）〃６頁Ｉ〜２行目を［が必要である。そして微粉炭
の粉砕コストの低下と微粉炭のに訂正する。 ４）〃　ＩＯ頁４行目の「２を設置」を［２に設置ｄｊ
に訂正する。 ５）　　〃　１１頁３行目の「微粉炭ま性状」を「微粉
炭の性状」に訂正する。 ６）”＋４頁１５行目のｒｄ＝ｏ、１ｍ５Ｊをｒｄｏ、
ＩｉｍＪに訂正する。 ７）〃　Ｉ５頁１０行目の「（２）。」をｒ　（２）　
Ｊに訂正する。 ８）〜　２１頁頁Ｉ行目の「微粉炭に天分」を「微粉炭
の天分」に訂正する。 手続補正書（自発） 平成元年５　月２β目 １゛１を件の表示 特願昭６３−２０５３５６ ２発明の名称 高炉への微粉炭吹込み方法 ３補正をする者 事件との関係　　特許　出願人 住　所　　東京都千代ｌｌ１１区大手町２丁目６番３号
（６６５）新日本製鐵株式会社 氏　名（名称）　代表音　斎　藤　　裕４代　理°人　
〒１０３　ＴＩシＬ　２４１−０４４１住　所　　東京
都中央区日本橋本町１丁目６番３号別紙の通り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炉への熱風吹込み流路に微粉炭を吹込む方法に
   おいて、微粉炭の吹込み量ＰＣＲ（Ｋｇ／銑鉄トン）と
   微粉炭の粒子径ｄ＿ｐ（ｍｍ）に基づいて、微粉炭の吹
   込み用バーナー先端位置と羽口先端位置との水平距離Ｌ
   （ｍ）を下記（１）式を用いて設定することを特徴とす
   る高炉への微粉炭吹込み方法。 Ｌ≦（５２ｄ＿ｐ＾２−５３ｄ＿ｐ＋１７．５）／（Ｐ
   ＣＲ−３０）（１）（２）高炉への熱風吹込み流路に微
   粉炭を吹込む方法において、微粉炭の吹込み量ＰＣＲ（
   Ｋｇ／銑鉄トン）と下記（２）式に示す範囲における微
   粉炭の吹込み用バーナー先端位置と羽口先端位置との水
   平距離Ｌ（ｍ）に基づいて、微粉炭の粒子径ｄ＿ｐ（ｍ
   ｍ）が下記（３）式を用いて算出した粒子の微粉炭を吹
   込むことを特徴とする高炉への微粉炭吹込み方法。 ４／（ＰＣＲ−３０）≦Ｌ≦１７．５／（ＰＣＲ−３０
   ）（２）ｄ＿ｐ≦０．５１−０．１４√［Ｌ（ＰＣＲ−
   ３０）−４］（３）