JPH10219316A

JPH10219316A - 竪型炉への固形燃料の装入方法およびそれに適した竪型炉

Info

Publication number: JPH10219316A
Application number: JP1881297A
Authority: JP
Inventors: Taro Kusakabe; 太郎日下部; Shoji Miyagawa; 昌治宮川; Yoshitaka Sawa; 義孝澤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】【課題】揮発分を含む塊状の固形燃料を事前処理を行
わずに、高炉に装入できる固形燃料の高炉への装入方法
を提供する。【解決手段】高炉において、高さ方向で羽口レベルを
基準として上方に０〜３ｍの範囲の炉壁から、固形燃料
を60kPa 以上の押し込み力で炉内へ装入する。装入角度
は水平方向から下向きに30度以上とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銑鉄鉄源とコーク
スを主原料として溶銑を製造する竪型炉における補助燃
料としての固形燃料の装入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】竪型炉として代表的な高炉では、鉄鉱石
又はスクラップなどの鉄源を原料とし、熱源としてコー
クスが用いられる。高炉操業に適したコークスを製造す
るためには、高価で良質の原料炭を必要とする。そのた
め、コークスを補助する燃料として最近では高炉の羽口
から微粉炭を吹き込む技術が開発されている。

【０００３】既に乾留されて揮発分をほとんど含有しな
いコークスのような塊状の燃料は、炉頂より鉱石と交互
に層状に装入する方法が採られている。しかし揮発分を
含む石炭のような燃料の場合は炉頂から装入すると、シ
ャフトで予熱される間に揮発分中のタール、ピッチなど
の重分子化合物が十分に分解しないで炉頂ガスとともに
排出され、上記タール、ピッチなどが炉頂ガスダクト内
へ付着したり、炉頂ガス清浄設備内で配管詰まりを引き
起こすといった問題が発生するため、炉頂から装入する
ことはできない。そのため石炭は塊状で産出、輸送され
るものが多いが、事前に微粉砕処理を行い、微粉炭とし
て羽口より送風または酸素富化した送風と一緒にレース
ウェイに供給し、レースウェイ内で燃焼させる方法が採
用されている。

【０００４】一方、産業廃棄物のなかには、プラスチッ
クなどの合成樹脂類が急増している。これら合成樹脂類
は、燃焼時の発熱量が高く、最近、産業廃棄物の中の合
成樹脂を粉砕して高炉の補助燃料として使用する方法が
提案されている。例えば、特開平７−228905号公報に
は、粒状あるいは粉状に粉砕したプラスチック屑をある
いは微粉炭と混合し、高炉の羽口から吹き込む高炉の操
業方法が開示され、また、特開平８−73909 号公報に
は、微粉炭と所定の粒度に粉砕した合成樹脂とを混合し
て羽口から吹き込む銑鉄を製造する竪型炉の燃料吹き込
み方法が開示されている。

【０００５】しかしながら、これらの方法では、いずれ
も上述したように、石炭、合成樹脂は揮発分を多く含ん
でいるため、高炉には羽口から供給する必要があり、そ
のため、固形燃料の粉砕という事前処理を必要としてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、揮発分を含
む塊状の固形燃料を事前処理を行わないか、あるいはわ
ずかな事前処理を行うのみで、銑鉄を製造する竪型炉に
装入できる固形燃料の竪型炉への装入方法およびそれに
適した竪型炉を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を解決すべく鋭意検討した結果、揮発分を含む塊状
の固形燃料を高炉の羽口レベル以上の高温部に直接炉壁
より装入することにより、炉頂へのタール、ピッチの排
出を防ぐことができることに想到した。まず、本発明の
基礎となった実験結果について説明する。

【０００８】図２に示す小型炉を用い、小型炉１内にコ
ークス充填層２を形成し、下部羽口３から送風し、内部
に高温のコークス充填層を形成させた。羽口３上方の窒
素吹き込み孔４より窒素ガスを送気し、コークス充填層
２の内部温度を所定の温度に調節した。ついで、温度調
節されたコークス充填層に炉壁に設けられた押し込み孔
５より固体燃料を押し込み燃焼させ、発生ガス６中のタ
ール、ピッチ量を調べた。その結果を図１に示す。図１
から、充填層の温度が1000℃以下では発生ガスの中にタ
ール、ピッチが検出されるが、1000℃を超えると発生ガ
スの中にタール、ピッチの混入はほとんどないことがわ
かる。

【０００９】本発明は上記した知見をもとに構成された
ものである。すなわち、本発明は、銑鉄を製造する竪型
炉へ固形燃料を装入するにあたり、前記固形燃料を、高
さ方向で羽口レベルを基準として上方に０〜３ｍの範囲
の炉壁から炉内へ装入することを特徴とする竪型炉への
固形燃料の装入方法である。また、本発明は、銑鉄を製
造する竪型炉へ固形燃料を装入するにあたり、前記固形
燃料を、高さ方向で羽口レベルを基準として上方に０〜
３ｍの範囲の炉壁から、60kPa 以上の押し込み圧力で炉
内へ装入することを特徴とする竪型炉への固形燃料の装
入方法である。

【００１０】本発明では、前記固形燃料が揮発分を含む
ものでもよい。また、前記固形燃料として、揮発分を含
まないものも使用できるのは言うまでもない。また、本
発明では、前記固形燃料の装入角度が俯角で30度以上と
するのが好ましい。また、本発明は、銑鉄を製造する竪
型炉であって、高さ方向で羽口レベルを基準として上方
に０〜３ｍの範囲の炉壁に固形燃料を炉内に装入する装
入口を設けたことを特徴とする竪型炉である。

【００１１】また、本発明では、前記装入口が、炉内に
向けて俯角で30度以上の角度を有するとともに、前記装
入口に60kPa 以上の押し込み圧力で前記固形燃料を装入
可能な装入装置を付設するのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、高炉において揮発分
を含有する固形燃料を事前処理を施さず羽口より上方で
羽口より３ｍのレベル以下の範囲の炉壁から装入する。
羽口上方の３ｍ以下のレベルの炉壁には、固形燃料装入
用の装入口が１個又は複数個設けられるのが望ましい。

【００１３】固形燃料は、石炭、合成樹脂等の揮発分を
含むものが好適に使用可能であるが、揮発分を含まない
ものでもよいことは言うまでもない。装入口を羽口レベ
ル以下に設置すると、炉床に滞留する溶融物により装入
口が損傷する恐れがあり、また、装入した固形燃料の昇
温、乾留などの吸熱により溶融メタル、スラグが温度降
下する可能性がある。このため、装入口は羽口レベルよ
り上方に設置する必要がある。このようなことから固形
燃料の装入口は羽口を基準として上方（０ｍ以上）の炉
壁に設けるのが良い。

【００１４】高炉８では、図５に模式的に示すように、
塊鉱石12およびコークス13が炉頂より交互に装入され、
シャフト９上部で塊鉱石12とコークス13が上下方向に層
状に充填されている。炉下部から羽口３を介して送られ
た送風および富化酸素は羽口前に形成される空間（レー
スウェイ）10の内部でコークスなどを燃焼し、CO、N₂、
H₂ガスなどを含む高温ガス11となって、炉内の充填物の
隙間を通り、鉱石、コークスの昇温、溶融や鉱石の還元
に使われて炉頂から炉外へ排出される。このとき鉱石は
融着帯14と呼ばれる領域で溶融し、それより上部では塊
鉱石とコークスが層状に充填される塊状帯15を形成し、
また融着帯14より下部ではコークス層中を鉱石が溶融し
て生成したメタル、スラグが滴下して流れる滴下帯16と
なる。

【００１５】塊状帯では炉頂から装入された塊鉱石とコ
ークスは炉内ガスにより急速に昇温するが、900 〜1000
℃で鉱石類のガス還元による発熱反応とコークスとCO₂
ガスとのソリューションロス反応による吸熱反応とが共
存するため、塊状帯はほぼ900 〜1000℃の温度域にあ
る。塊状帯の下の融着帯ではさらに急激に温度が上昇
し、融着帯で鉱石の溶融点である1400〜1500℃となる。
一方、滴下帯では、1500℃以上の領域となっている。

【００１６】また、炉の中央部では多量のガスが流れる
ため鉱石の昇温が炉壁部より早く、融着帯は炉中心が高
く、炉壁近傍が低い山形に形成されるのが一般的であ
る。この炉壁近傍での融着帯のレベルは高炉の形状、生
産量、あるいは送風条件、装入物分布により異なるが、
一般的には送風羽口上方３〜６ｍの部位に存在してい
る。

【００１７】このようなことから、固形燃料の装入口
は、発生ガス中への固形燃料のタール、ピッチ等の排出
が防げる温度となる羽口より上方で羽口より３ｍのレベ
ル以下の位置（羽口を基準として上方に０〜３ｍの範
囲）に設置するのが好ましい。また、固形燃料の押し込
み圧力は60kPa 以上とするのが望ましい。図３に高炉３
次元数学モデルを用いて求めた炉内装入物に働く水平及
び垂直方向応力分布（推定値）を示す。羽口レベルより
上方０〜３ｍの位置での炉壁部での炉内装入物に働く水
平方向応力は最大60kPa 程度あると推定される。この炉
壁部の炉内装入物に働く水平方向応力以下の押し込み圧
力では固形燃料を炉内へ装入することができない。この
ため、装入口からの固形燃料の押し込み圧力は60kPa 以
上とした。

【００１８】固形燃料の押し込みには図４に概略を示し
た装置を用いる。装入口22内とガス圧力を均圧させたホ
ッパー（図示せず）に保持した固形燃料を押し込み装置
21内へ装入弁17を介して導入し、燃料押し込みシリンダ
ー18を所定の圧力で押し込んで高炉８内へ装入するもの
である。固形燃料は、俯角で30度以上の角度θで装入す
るのが望ましい。

【００１９】装入角度θが30度未満では、装入を停止し
たとき、装入口内にメタル、スラグが侵入し、固形燃料
の再装入が困難となる場合がある。本発明の竪型炉は、
炉壁に固形燃料を炉内に装入する装入口を有する。装入
口の位置は上記したように、羽口レベルを基準として上
方に０〜３ｍの範囲のレベルとする。装入口の数は、装
入すべき固形燃料の量に応じて適宜選択できる。装入口
の炉の円周方向における設置位置は、炉内温度分布の偏
差をできるだけ避けるために、円周方向で均等に配置す
るのが好ましい。

【００２０】装入口は、炉体にフランジを設置して装入
パイプを固定し、装入パイプを介してシリンダで固形燃
料を押し込むのがよい。装入パイプは、炉体に直接溶接
固定されてもよい。また、装入口の開口部の形状は、円
形、長方形等適宜選択できる。開口部の大きさは、固形
燃料の大きさ、形状により選択すればよい。

【００２１】

【実施例】表１に示す設備諸元を有し、表２に示す操業
条件で操業する高炉において、固形燃料（合成樹脂）を
羽口上部の各位置から押し込み圧力を変化して、また、
装入角度を水平方向及び水平方向から下向き（俯角）に
変化して装入し、排ガス中のピッチ、タールの混入の有
無および固形燃料の再装入状況を調査し、その結果を表
３に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】本高炉の形状および操業条件から炉壁部の
融着帯レベルは、羽口レベルより上方５ｍ近傍にあるこ
とが数学モデルから判明している。装入した固形燃料は
出銑量１ton 当りの燃料比で30kg/tを目標とした。な
お、燃料比、コークス比を表３に併記した。本発明の範
囲の本発明例では、所定量の固形燃料の吹き込みが実施
でき、また炉頂ガスへのタール、ピッチの混入もなく、
安定して操業が実施できた。

【００２６】一方、本発明の範囲から外れる比較例（N
o.4）では、炉頂ガスへタール、ピッチが混入してい
た。また、No.4の比較例は押し込み圧力が50kPa と低い
ため、炉内へ固形燃料の装入が安定せず、所定の量を供
給することができなかった。No.3の例では固形燃料装入
角度が０°（水平）としたため、固形燃料の所定装入量
30kg/tは確保できたが、装入を一旦停止すると、滴下帯
を滴下するメタル、スラグが装入口を逆流し、装入口内
で凝固してしまい再度装入する前に休風し、装入口内の
洗浄を行う必要があった。

【００２７】固形燃料装入角度を水平方向より下向き
（俯角）に25度に傾斜させたNo.2では、装入を停止した
ときに装入口内にメタル、スラグが侵入し、滞留したた
め、再度装入しようとした時に押し出し機で押しても固
形燃料が入らない状態となる場合があった。装入角度を
水平方向より下向き（俯角）30度としたNo.1では装入停
止時に装入口内に侵入するメタル、スラグ量が軽度であ
るため、再度押し出しを行うことにより固形燃料の装入
が可能であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、従来高炉で使用し難か
った揮発分を含むような固形燃料を高炉内へ装入でき、
燃料として使用することができるようになった。さら
に、産業廃棄物に含まれる合成樹脂等の可燃物も、高炉
燃料として使用でき、使用量も大幅に拡大できるととも
に、かつガスの除塵、回収処理に既設の炉頂ガス清浄設
備を利用できるなど、産業上格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】小型炉におけるコークス充填層の温度と発生ガ
ス中のタール、ピッチ量の関係を示すグラフである。

【図２】小型炉の構成を示す概略説明図である。

【図３】高炉３次元数学モデルで推定した高炉内水平お
よび垂直応力分布を示す図である。

【図４】固形燃料の押し込み装置の構成を説明する概念
図である。

【図５】高炉内の状況を示す炉内断面図である。

【符号の説明】

１小型炉２コークス充填層３羽口４窒素吹き込み孔５固形燃料押し込み孔６発生ガス７温度計８高炉９シャフト 10 レースウェイ 11 炉内ガス 12 塊鉱石 13 コークス 14 融着帯 15 塊状帯 16 滴下帯 17 装入弁 18 押し込みシリンダー 19 炉体耐火物 20 鉄皮 21 固形燃料装入筒 22 装入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銑鉄を製造する竪型炉へ固形燃料を装入
するにあたり、前記固形燃料を、高さ方向で羽口レベル
を基準として上方に０〜３ｍの範囲の炉壁から炉内へ装
入することを特徴とする竪型炉への固形燃料の装入方
法。
【請求項２】銑鉄を製造する竪型炉へ固形燃料を装入
するにあたり、前記固形燃料を、高さ方向で羽口レベル
を基準として上方に０〜３ｍの範囲の炉壁から、60kPa
以上の押し込み圧力で炉内へ装入することを特徴とする
竪型炉への固形燃料の装入方法。
【請求項３】前記固形燃料が揮発分を含むものである
ことを特徴とする請求項１または２記載の竪型炉への固
形燃料の装入方法。
【請求項４】前記固形燃料の装入角度が俯角で30度以
上であることを特徴とする請求項１、２または３記載の
竪型炉への固形燃料の装入方法。
【請求項５】銑鉄を製造する竪型炉であって、高さ方
向で羽口レベルを基準として上方に０〜３ｍの範囲の炉
壁に固形燃料を炉内に装入する装入口を設けたことを特
徴とする竪型炉。
【請求項６】前記装入口は、炉内に向けて俯角で30度
以上の角度を有するとともに、前記装入口に60kPa 以上
の押し込み圧力で前記固形燃料を装入可能な装入装置を
付設したことを特徴とする請求項５記載の竪型炉。