JPH0778246B2

JPH0778246B2 - 高炉への微粉炭吹込み方法

Info

Publication number: JPH0778246B2
Application number: JP63205356A
Authority: JP
Inventors: 健二田村; 浩光上野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH0254708A

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、灰分由来の付着物を
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60−5308
1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54−130419号
公報では、高炉に吹込む微粉炭を200メッシュ（74μ
ｍ）以下が、70重量％以上で100メッシュ（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口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
ー先端位置を羽口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
62−156553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（1987）,12,S757）、お
よび、微粉炭の粒子径を0.5mm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（上野ら:CAMP−I
SIJ vo１（1988−70）を確認してきた。また、微粉炭
の吹き込み時には羽口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60mm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、灰分を含む
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灰分に起因
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
と微粉炭の吹込み量の増加のため、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、微粉炭に含まれる灰分が溶融することにより形成
される。すなわち、微粉炭が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、微粉炭の灰分の融点
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、前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PC
R（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）（以下、微粉炭の吹込み位置Ｌと
称する）を下記の（１）式を用いて設定し、羽口先端で
のガス温度を1600℃以下とすることを特徴とする。

4/（PCR−30）≦Ｌ≦（52d_P ²−53d_P＋17.5）／（PCR−3
0）（１）なお、d_P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_P（mm）が下記
（３）式を用いて算出した粒子の微粉炭を吹込み、羽口
先端でのガス温度を1600℃以下とすることを特徴とす
る。

すなわち、本発明は、任意の微粉炭の吹込み量PCRに対
して微粉炭の吹込み位置Ｌと微粉炭の粒子径d_P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_P
を調整することにより羽口先端でのガス温度を1600℃以
下とし、灰分の溶融物に起因する付着物を羽口の内壁面
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、羽口部からの熱損失を増加することなく高炉へ微
粉炭を大量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くものである。

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１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に設置した微粉炭吹
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
灰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
ス温度が灰分を溶融させる温度（灰分の融点は約1600
℃）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、Al₂O₃
収支法（特公平４−2642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℃以下であることといえる。そこで、本発
明に至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１を用いた微粉炭の吹込み
実験条件（微粉炭の性状、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重量％固定炭素 57重量％灰分 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 2.0kgf/cm²〜4.0kgf ／cm²（ゲージ圧力）送風量 1000Nm³/h〜1100Nm³/h 酸素濃度 21容量％〜25容量％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1000〜1100（Nm
³/h）は銑鉄１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
PCR（kg/t）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、微粉炭の吹込み量PCR（kg/t）、微粉炭の吹
込み位置Ｌ（ｍ）および微粉炭の粒子径d_P（mm）の３種
類があるが、これらに関しては以下のような条件を採用
した。

（１）微粉炭の吹込み量:PCR（kg/t） 0,30,60,90,120,150,180kg/t （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（ｍ） 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重量％が含ま
れる粒子径）：d_P（mm） 0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5mm 上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Ｌの影響を示
したのが第４図（ａ）〜（ｆ）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灰分の融点を越
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_Pの関係式を求めること
ができる。

まず、微粉炭の粒子径d_P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PCRと微
粉炭の吹込み位置と羽口先端位置との水平距離Ｌ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_Pと吹込み量PCRの条件
が与えられた場合の吹込み位置Ｌ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Ｌ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_Pをパラメータとし
たときのＬ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_P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
し、更に後述する（２）式より前記（１）式が得られ
た。

Ａ＝52d_P ²−53d_P＋17.5 （５） 4/（PCR−30）≦Ｌ≦（52d_P ²−53d_P＋1.7.5）／（PCR−
30）（１）（１）式を用いれば、例えばPCR＝100kg/t,d_P＝0.1mmの
場合にはＬを0.057m以上0.18m以下にする必要がある。
すなわち、微粉炭の吹込み位置を羽口先端位置から0.05
7m以上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Ｌ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_P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PCRの条件が与えられた
場合のd_Pの上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_Pに関する２次方程式の
解である（３）式に基づいて作製したものである。

ただし、｛4/（PCR−30）｝≦Ｌ≦｛17/（PCR−30）｝
（２）たとえば、PCR＝100kg/t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_P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、PCR＝100kg/tで、Ｌ＝0.1m
の場合は、微粉炭の粒子径d_Pは0.27mmまでの粗粒化が可
能である。

なお、本発明は、前述のように、送風温度は1100℃〜13
00℃送風圧力はゲージ圧力で2.0kgf/cm²〜4.0kgf/cm²、
酸素濃度は21容量％〜25容量％において、十分に利用で
きるものである。

また羽口先端でのガス温度は例えば第３図に示したよう
に、羽口２の先端に挿入したＷ−Re熱電対温度計によっ
て測定できる。

（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_Pの影響の代
表事例を第１図に示すが、PCRの増加、あるいは、d_P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_P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_Pの変化に応じて調整することができる。

つぎに、第２図（３）式に基づくd_pに及ぼすPCRとＬの
影響を示したものであるが、PCRの増加、あるいは、Ｌ
の増加に伴って、d_p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、
粉砕石炭の供給量の増加や粉砕機旋回ベン角度の増大な
どにより、（３）式の範囲のd_P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、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１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100kg/tでd_Pが0.15mmの場合
に、吹込み位置Ｌ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、PC
Rが約150kg/tで吹込み位置が0.06mの場合に、粒子径d_P
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_PがNo.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_P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Al₂O₃収支法（特公平４−2642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
終了後に解体調整を行い、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灰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、微粉炭の
灰分に由来する付着物の問題を解決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、羽口先端でのガス温度を適正な範
囲（1600℃以下）で制御することができる。すなわち、
ブローパイプ、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、
微粉炭の吹込み量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℃となる吹込み量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）〜（ｆ）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。１……レースウェイ燃焼炉２……羽口３……熱風発生装置４……ブローパイプ５……微粉炭吹込み用バーナー６……コークス７……熱電対温度計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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dp（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）式を用いて設定し、羽口先端でのガス温度
を1600℃以下とすることを特徴とする高炉への微粉炭吹
込み方法。 4/（PCR−30）≦Ｌ≦（52d_P ²−53d_P＋17.5）／（PCR−3
0）（１）
【請求項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dp（mm）が下記（３）式を用い
て算出した粒子の微粉炭を吹込み、羽口先端でのガス温
度を1600℃以下とする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≦0.15−0.14｛Ｌ（PCR−30）−４｝^1/2 （３）