JPH10237514A

JPH10237514A - 高炉の微粉炭吹込み用バーナー

Info

Publication number: JPH10237514A
Application number: JP9038047A
Authority: JP
Inventors: Yasuhei Nouchi; 泰平野内; Yoshitaka Sawa; 義孝澤; Natsuo Ishiwatari; 夏生石渡; Shiro Watakabe; 史朗渡壁; Takeshi Uchiyama; 武内山; Kanji Takeda; 幹治武田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】羽口から吹込む微粉炭の燃焼効率を向上させ
て高炉燃料比の低下させコストダウンを図ることにあ
る。【解決手段】バーナーの微粉炭吹出し口部断面の導水
口径を、その開口断面と同じ断面積を有する円の直径よ
りも１０％以上小さくしたことを特徴とする高炉の微粉
炭吹込み用バーナー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉炉内への微粉
炭吹込みに用いる微粉炭吹込み用バーナーに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高炉への微粉炭吹込み操業は、
高炉の安定操業、コークス比の低減、コストの削減を目
的として行われるものである。図２は、微粉炭を、同心
２重管バーナーにて高炉の羽口から炉内に吹込む模様を
示す図である。図に示すように、微粉炭の吹込みは、羽
口３の内側 (上流側)に配設した同心２重管の微粉炭バ
ーナー１の内管１ａより微粉炭および搬送ガス５を噴出
させると同時に、外管１ｂからは酸素または酸素富化空
気７を噴出させることによって行われる。このとき、バ
ーナーの先端から噴出した微粉炭は、バーナー先端部に
おいて羽口３内の高温送風ガス６と接してその熱により
昇温し、燃焼する。なお、該微粉炭吹込み用バーナー噴
出口の炉内側 (下流側) では、微粉炭昇温領域８と、そ
の外周部に微粉炭の燃焼領域９とが形成される。

【０００３】次に、この微粉炭は、羽口３内から炉内レ
ースウェイ部に吐出し、飛翔する間に引き続き燃焼す
る。ただし、その燃焼率が低いとコークスに対する置換
率の低下を招くことになる。とくに、燃焼率の低下が起
きると、多量の未燃焼チャーを発生し、高炉炉下部に粉
を蓄積して、溶銑、溶滓の通液性を悪化させると共に、
高炉操業に悪影響を及ぼすようになる。このように、バ
ーナーから羽口内に噴出した微粉炭は、まず高温送風に
接して昇温し、揮発分を放出しながら燃焼する。しか
し、その燃焼反応は微粉炭の羽口内における滞在時間に
比べると遅く、そのため、吹き込まれる微粉炭は、羽口
内ではほとんど燃焼しないままに炉内レースウェイ部に
達することになる。つまり、羽口から吹き込まれる高温
送風の酸素は、主として炉内装入コークスの燃焼に対し
て使われ、その結果、微粉炭の燃焼率低下の原因となる
のである。

【０００４】上述した高炉への微粉炭吹込みに当たり、
微粉炭と酸素との遭遇を改善し、効率よく燃焼させる技
術として、２重管構造の高炉用微粉炭吹込み用バーナー
を用いることが提案されている。例えば、特開平１−９
２３０４号公報は、内管からは微粉炭を吹き込み、外管
からは酸素を吹き込む同心２重管構造のバーナーにおい
て、中心部の微粉炭吹出し口を複数個の酸素ガス吹出し
口にて取り囲むとともに、これら各酸素ガス吹出し口の
少なくとも先端部の軸線が、バーナー前方において前記
微粉炭吹出し口の軸線と交会するように構成した高炉用
微粉炭吹込み用バーナーを提案している。この技術は、
微粉炭の燃焼に必要な酸素を、微粉炭昇温領域を取り巻
く位置に高濃度で供給しようとする思想に立脚したもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の高炉
の操業環境は、コークス炉の老朽化に伴うコークス不足
により、微粉炭の吹込み量を増加させねばならないとい
う要請がある。しかしながら、高微粉炭比操業, 例え
ば、200 kg/tを越えるような操業条件下では、従来の微
粉炭燃焼性改善方法では効果が得られないか、微粉炭吹
込み操業そのものが採用できないというのが実情であ
る。

【０００６】これに対し、燃焼性改善方法としての高温
送風は、通常の蓄熱式熱風炉では設備的に限界に近いの
が実情である。しかも、この高温送風は製鉄所のエネル
ギーバランスの上でも制約がある。たとえば、高燃料比
操業を指向しているような場合には、出銑温度が高くな
り過ぎないようにするために、むしろ送風温度を低く抑
えているからである。

【０００７】また、他の燃焼性改善方法としての高酸素
富化操業は、熱流比の制約、即ち、鉱石の還元を促進す
る必要から、送風中の酸素濃度は３０％ぐらいにするの
が限界であり、微粉炭の燃焼性を著しく向上させるまで
には至っていない。

【０００８】さらに、上記の特開平１−９２３０４号公
報に開示の技術は、微粉炭昇温域を取り巻く位置に高濃
度の酸素を供給できるが、微粉炭流と酸素流の混合は主
に流れの乱流化により行われ、とくに乱流の大きさは微
粉炭流速 (微粉炭輸送管断面積により決まる) と酸素流
速の差の大きさにより決まるため、限界があった。なぜ
なら、微粉炭吹込み量一定の条件下では、微粉炭流を酸
素流に比べてより遅くするには、微粉炭輸送管の断面積
の増大が有効であるが、有限な羽口断面積を考慮する
と、そのうちバーナー断面積の取り得る範囲が送風機耐
圧と規定送風量によって制限されるためである。

【０００９】本発明の主たる目的は、羽口から吹込む微
粉炭の燃焼効率を向上させて高炉燃料比の低下させコス
トダウンを図ることにある。本発明の他の目的は、吹込
み微粉炭燃焼効率に優れたバーナー構造を提案すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、発明者らは、微粉炭吹込み用バ
ーナーの内・外管の断面積比を所定の範囲内とすること
で外管吹込み酸素と内管吹込み微粉炭との接触面積の拡
大を図ることで燃焼効率を改善することが有効であると
の知見を得た。すなわち、本発明は、高炉の羽口より炉
内に微粉炭を吹き込むための微粉炭吹込み用バーナーに
おいて、このバーナーの微粉炭吹出し口部断面の導水口
径を、その開口断面と同じ断面積を有する円の直径より
も１０％以上小さくしたことを特徴とする高炉の微粉炭
吹込み用バーナーである。また、本発明は、酸素または
酸素富化空気が噴出する内管と、微粉炭が噴出する外管
とからなる同心２重管構造を有する微粉炭吹込み用バー
ナーにおいて、このバーナーの内管外周面もしくは外管
内周面が形造る断面形状の導水口径を、同じ断面積を有
する円の直径対し１０％以上小さくしたことを特徴とす
る高炉の微粉炭吹込み用バーナーである。なお、本発明
においては、円の直径よりも１０％以上小さい導水口径
を有する断面形状が、真円以外の楕円, 方形, 多角形,
三角形, 星形, 十字形のいずれかにすることが好まし
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】図３は、同じ断面積を持つ円形
(従来型) 断面の微粉炭吹込み用バーナー開口と、正方
形 (本発明の一例) 断面の微粉炭吹込み用バーナー開口
とを比較して示したものである。これらの微粉炭吹込み
用バーナー (以下、単にバーナーという) はいずれも、
微粉炭吹込み用内管１ａと酸素吹込み用外管１ｂとの同
心２重管からなるものである。ただし、これらのバーナ
ーにおける酸素および微粉炭が通過するそれぞれの断面
積SoとSo′、Spc とSpc ′は双方同じである。

【００１２】これらのバーナーは一般に、静電気による
爆発を防止するため、微粉炭の輸送用ガスとして窒素が
用いられている。従って、その微粉炭を燃焼させるため
には、外管１ｂの酸素と接触させることが必要である。
しかも、この両者の接触混合に当たっては、層流状態に
比べて乱流状態の方がむしろ混合率が高いことが知られ
ている。その乱流状態を作るには二つの流れの速度差を
大きくすることが必要である。

【００１３】一般に、微粉炭輸送管内のガス速度は、中
心部において速く、管壁部の方が遅いのが普通であり、
これらの速度差が大きいほど乱流形成に有効に作用す
る。しかも、微粉炭と酸素との混合ならびに着火の現象
は、管壁部において優勢になるため、この部分のガス速
度を遅くして酸素流との速度差を大きくして乱流を助長
することは同時に燃焼効率の向上にも効果的に作用す
る。

【００１４】たとえば、断面積の等しい円形と四角形と
の微粉炭輸送管では、平均ガス速度は等しいが、四角形
の角の部分は極端にガス速度が遅くなるため、最低ガス
速度は四角形の方が遅い。するとこの最低ガス速度の部
分で局所的に他より大きな乱流が発生し燃焼の着火源と
なるため、微粉炭の燃焼開始位置がバーナー先端部に近
づき微粉炭燃焼効率が著しく向上する。このことは以下
のように説明することができる。

【００１５】すなわち、円形と正方形の周長は、微粉炭
バーナー先端部断面積をSpc とすると以下のように表わ
すことができる。 Lcircle＝2(π・Spc)^0.5≒3.54・Spc^0.5 …(1) Lsquare＝4(Spc)^0.5≒ 4・Spc^0.5 ………(2) Lcircle＜ Lsquare ………(3) 従って、円形の周長の方が四角形よりも短いことは明ら
かである。

【００１６】なお、面積Ｓと周長Ｌの比を表す指数とし
て下記導水口径Ｄが一般に用いられている。Ｄ^*＝４・S/L ………(4) (Ｄ^*：導水口径, Ｓ：面積, Ｌ：周長) この場合、同じ断面積Ｓの場合、周長Ｌの大きい方が導
水口径Ｄは小さくなることがわかる。周縁部は壁面の影
響でガス流速が低下するので、断面積と平均流速が同じ
であれば、周長が長い程 (周縁部が多い程) 微粉炭輸送
管内の最低ガス速度は遅くなり、局所的に大きな乱流が
発生するため、そこが着火点となり微粉炭の燃焼を促進
するのである。つまり、同じ断面積であれば、導水口径
Ｄが小さいほうが微粉炭の燃焼に有利であると言える。
また、同じ面積の平面図形でみると、周長Ｌは円のとき
が最も小さく、導水口径Ｄは円のときに最大となること
は数学的にもよく知られている。たとえば、その導水口
径Ｄの小さい断面形状としては、図４に示すような種々
の形状がある。

【００１７】以上説明したように、微粉炭輸送管は、そ
の断面の導水口径Ｄが小さいほど、最低微粉炭速度を低
くすることができ、乱流の発生と着火が速くなる。この
ことは、内管酸素外管微粉炭型バーナー、微粉炭輸送管
のみの単管型バーナーについても全く同じことが言え
る。

【００１８】そこで、微粉炭吹込み用バーナー先端部の
形状を種々に変え、微粉炭の燃焼性を図５に示す試験装
置を用いて調査した。図５に示す試験装置は、内部にコ
ークス１０を有する円筒形の炉であり、羽口３より送風
ガスを吹き込んでコークス10を燃焼させると共に、羽口
３前にレースウェイ13を形成し、かつ羽口３の内部に微
粉炭吹込み用バーナー１を配設して微粉炭の燃焼を行う
ようにしたものである。なお、炉内で発生した燃焼ガス
は、サイクロン11、バグフィルター12を経由して排出す
ることで、ガス中に含まれる未燃のチャー等を捕集す
る。

【００１９】この試験に用いたバーナーは、内管１ａに
微粉炭、外管１ｂに酸素を噴出する同心２重管構造のも
のを用いた。微粉炭を吹き込む内管１ａの形状は図６に
示す５種類を用いた。図６中のＲで示した数値は、下記
のとおり、微粉炭が吹き出す開口部断面形状の導水口径
と該断面の面積と同じ面積の円の直径との比を示してい
る。Ｒ＝導水口径／等面積の円の直径たとえば、円の場合では、Ｒ＝１となり、形状が複雑に
なり周長が増加するとＲは低下する。また、この試験に
おいて、微粉炭の燃焼率は、炉内充填層に溜まった粉の
量および排ガスとともに運ばれたダスト中の未燃チャー
の量を、吹込んだ微粉炭量で割って求めた。

【００２０】試験の結果を図１に示す。この図は燃焼率
とＲとの関係を示したものであるが、Ｒが0.9 以下の場
合に燃焼率が著しく向上することがわかる。この微粉炭
の燃焼率は、バーナー先端から微粉炭が噴出したときの
微粉炭の速度と周辺の酸素および酸素富化空気との速度
の差が大きい程、向上させることができる。従って、こ
のような効果を得るには、少なくともバーナー先端部の
微粉炭吹出し口部断面の導水口径が同じ断面積を有する
真円の直径よりも１０％以上小さい形状、例えば図６に
示したような形状になっていることが必要である。な
お、本発明において、かかるバーナーは、吹出し開口部
の端面形状だけに限らず、全長にわたって上記断面形状
にしてもよいのはもちろんである。

【００２１】

【実施例】内容積4359m³、羽口数36本の高炉を用い、吹
き出し開口部断面形状が図８の(b),(c) に示す本発明に
適合するバーナーを用いて微粉炭吹込み操業を実施した
ときの例を説明する。なお、比較例として、図８(a) に
示す従来バーナーを用いて試験操業を行った。なお、通
常操業は、図８(a) に示す従来バーナーを使用し、送風
温度1055℃、酸素富化27 Nm³／t-p 、送風の羽口先端速
度182m/s、出銑比1.82 t/dm³、燃料比522 kg/t-pで、そ
の燃料比のうちの微粉炭比は112 kg/t-pで、36本の羽口
に均等に吹き込む操業を行った。

【００２２】このときの操業結果を図７に示す。まず、
炭材のコストダウンを図るべく微粉炭比を増加させたと
ころ、図７に示すように、炉頂ダストの増加、高炉炉下
部通気性の悪化、それに伴う荷下がりの不安定と溶銑温
度の変動が現れ、操業限界であることがわかった。この
時の炉頂ダストについて、これを顕微鏡で観察したとこ
ろ、微粉炭の未燃チャーが確認された。また、高炉炉下
部の通気性の悪化は、炉下部に未燃チャーが堆積したこ
とによるものである。これらのことは、吹込み微粉炭の
羽口およびレースウェイでの燃焼が十分になされていな
いための現象と考えられる。

【００２３】そこで、休風時に、微粉炭吹込み用バーナ
ーを本発明に適合するバーナー(b)に全部取り換えて操
業を行った。その結果、微粉炭比130 kg/t-pまでの高微
粉炭比操業を行っても、高炉の操業に特に問題はなく、
順調な高炉操業ができた。しかも、高炉炉下部の通気性
の悪化がなく、また炉頂ダストが特に増加することもな
く、そしてダスト中に未燃チャーは観察されなかった。
このことは、従来バーナー(a) に対して本発明のバーナ
ー(b) の場合、未燃チャーの発生が少なく、燃焼性が改
善されていることを示している。しかし、その微粉炭吹
込み比をさらに増加させて 140 kg/t-p にしたが、この
場合は炉頂ダストの増加、高炉炉下部通気性の悪化、そ
れに伴う荷下がりの不安定と溶銑温度の変動が現れた。

【００２４】そこでまた、微粉炭の吹込み用バーナーを
本発明に適合するさらに別のバーナー(c) に全数取り換
えたところ、今度は微粉炭吹込み比を 145 kg/t-p まで
の高微粉炭比操業を行っても、操業上のトラブルはとく
になく、順調な高炉操業ができた。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる微粉
炭吹込み用バーナーによれば、特別な設備投資や消耗材
料を必要とすることなく、一方で高炉操業上のトラブル
を招くことなく、微粉炭の燃焼効率を著しく向上させる
ことができる。従って、微粉炭使用比率を向上させるこ
とができるので、装入炭材コストを下げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の効果を燃焼率に及ぼす導水口径と等断
面積の円の直径との関係を示すグラフ。

【図２】微粉炭吹込み用バーナーの羽口内設置図。

【図３】従来例(a) と本発明例との関係を示す図。

【図４】本発明に含まれるバーナー断面形状の例を示す
略線図。

【図５】内管突き出し長さの効果を調査する上で用いた
燃焼装置。

【図６】内管突き出し長さの効果を調査する上で用いた
バーナー。

【図７】本発明実施前後の高炉操業推移図。図中、R-HM
T は出銑温度の変動を表す指数であって、日に10回程度
行う出銑の代表出銑温度の最高値と最低値の差である。
また、通気抵抗指数は、炉内圧力損失を炉内通過ガス量
で割った値であって、この値が大きいほど炉内をガスが
流れにくい状態であることを示す。

【図８】実施例で使用した従来例(a) と発明例(b, c)の
微粉炭バーナーの先端形状である。

【符号の説明】

１微粉炭吹込み用バーナー２ブローパイプ３羽口４炉壁５微粉炭＋搬送ガス６送風ガス７酸素または酸素富化空気８微粉炭存在領域９微粉炭の燃焼領域 10 コークス 11 サイクロン 12 バグフィルター 13 レースウェイ

フロントページの続き (72)発明者石渡夏生千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者渡壁史朗千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者内山武千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者武田幹治千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉の羽口より炉内に微粉炭を吹き込む
ための微粉炭吹込み用バーナーにおいて、このバーナー
の微粉炭吹出し口部断面の導水口径を、その開口断面と
同じ断面積を有する円の直径よりも１０％以上小さくし
たことを特徴とする高炉の微粉炭吹込み用バーナー。
【請求項２】酸素または酸素富化空気が噴出する内管
と、微粉炭が噴出する外管とからなる同心２重管構造を
有する微粉炭吹込み用バーナーにおいて、このバーナー
の内管外周面もしくは外管内周面が形造る断面形状のい
ずれか少なくとも一方の導水口径を、同じ断面積を有す
る円の直径に対し１０％以上小さくしたことを特徴とす
る高炉の微粉炭吹込み用バーナー。
【請求項３】円の直径よりも１０％以上小さい導水口
径を有する断面形状が、真円以外の楕円, 方形, 多角
形, 三角形, 星形, 十字形のいずれかであることを特徴
とする請求項１または２に記載のバーナー。