JP6260555B2 - Reducing material blowing device - Google Patents

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Description

本発明は、羽口を経て高炉内に熱風を送る送風管にランスを差し込み、そのランスから還元材を吹き込む還元材吹き込み装置に関し、羽口から微粉炭を吹き込んで燃焼温度を上昇させることにより生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を図る場合に好適なものである。 The present invention relates to a reducing material blowing device that inserts a lance into a blow pipe that sends hot air into a blast furnace through a tuyere, and blows a reducing material from the lance, and is produced by blowing pulverized coal from the tuyere and raising the combustion temperature. This is suitable for improving the performance and reducing the exhausted CO 2 .

近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ２の抑制は重要な課題である。これを受け、最近の高炉操業では、低還元材比（低ＲＡＲ：Reduction Agent Ratioの略で、銑鉄１ｔ製造当たりにおける羽口からの吹き込み還元材と炉頂から装入されるコークスの合計量）操業が強力に推進されている。高炉は、主に炉頂から装入するコークス及び羽口から吹き込む微粉炭を還元材として使用しており、低還元材比、ひいては炭酸ガス排出抑制を達成するためには、コークスなどをＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）や重油など、水素含有率の高い還元材で置換する方策が有効である。下記特許文献１では、羽口から燃料を吹き込むランスを三重管とし、三重管ランスの内側管から微粉炭を吹き込み、内側管と中間管の隙間からＬＮＧを吹き込み、中間管と外側管の隙間から酸素を吹き込み、ＬＮＧを先に燃焼させることで微粉炭の温度を上昇させ、微粉炭の燃焼効率を改善している。また、下記特許文献２では、送風管（ブローパイプ）に設置した単管ランスから、送風管を流れる高温空気の中心部に酸素を吹き込んで、その酸素を数百度まで昇温させると共に、羽口を貫くように設置したランスから微粉炭を吹き込み、吹き込まれた微粉炭を数百度の熱酸素と接触させることで微粉炭の昇温を改善し、微粉炭の燃料効率を改善しようとしている。 In recent years, global warming due to an increase in carbon dioxide emission has become a problem, and the suppression of exhausted CO 2 is an important issue even in the steel industry. In response to this, in the recent blast furnace operation, the ratio of low reducing material (low RAR: Abbreviation for Reduction Agent Ratio, the total amount of reducing material blown from tuyere and coke charged from the top of the furnace per 1 ton of pig iron production) Operation is strongly promoted. Blast furnaces mainly use coke charged from the top of the furnace and pulverized coal blown from the tuyere as reducing materials. In order to achieve a low reducing material ratio and, in turn, carbon dioxide emission control, coke and the like can be treated with LNG ( Liquefied Natural Gas (liquefied natural gas) and heavy oil, etc., are effective to replace with reducing materials with high hydrogen content. In the following Patent Document 1, a lance that blows fuel from the tuyere is a triple pipe, pulverized coal is blown from the inner pipe of the triple pipe lance, LNG is blown from the gap between the inner pipe and the intermediate pipe, and from the gap between the intermediate pipe and the outer pipe. By blowing oxygen and burning LNG first, the temperature of pulverized coal is raised, and the combustion efficiency of pulverized coal is improved. Further, in Patent Document 2 below, oxygen is blown into a central portion of high-temperature air flowing through the blower pipe from a single pipe lance installed in the blower pipe (blow pipe), and the oxygen is heated up to several hundred degrees. In order to improve the fuel efficiency of pulverized coal, the pulverized coal is blown from a lance installed so as to penetrate the pulverized coal, and the heated pulverized coal is brought into contact with hot oxygen of several hundred degrees.

特開２０１１−１７４１７１号公報JP 2011-174171 A 特表２０１３−５３１７３２号公報Special table 2013-53732 gazette

しかしながら、特許文献１に記載されるように、三重管ランスから微粉炭とＬＮＧと酸素を吹き込む場合、ＬＮＧは燃焼しやすい、所謂易燃性であることから微粉炭よりもＬＮＧが先に燃焼し、ランスから吹き込んだ酸素がＬＮＧの燃焼によって使用されてしまい、微粉炭が酸素と接触できなくなるので、燃焼効率が低下する可能性がある。また、三重管ランスは外径が大きくなるので、既存のランス挿通孔では三重管ランスを挿通することができない場合があり、そのような場合にはランス挿通孔の内径を大きくする必要が生じる。また、ＬＮＧは易燃性であり、急速に燃焼するため、ランス先端においてＬＮＧが急速に燃焼すると、ランス先端の温度が上昇し、ランス先端に割れや溶損などの損耗の生じる可能性がある。そして、このような損耗がランス先端に生じた場合、逆火やランスの詰まりなどを誘発する恐れがある。また、特許文献２に記載されるように、羽口先端から微粉炭を吹き込み、微粉炭を熱酸素に接触させる場合には、微粉炭の昇温は改善しても、微粉炭はすぐにレースウェイ内に吹き込まれてしまうから、微粉炭が送風管内や羽口内で燃焼する時間がなく、結果的に微粉炭の燃焼効率が向上しない可能性がある。   However, as described in Patent Document 1, when pulverized coal, LNG, and oxygen are blown from a triple pipe lance, LNG is easily combusted, so that LNG is combusted earlier than pulverized coal. The oxygen blown from the lance is used by the combustion of LNG, and the pulverized coal cannot be brought into contact with oxygen, which may reduce the combustion efficiency. In addition, since the outer diameter of the triple pipe lance increases, the existing lance insertion hole may not allow the triple pipe lance to be inserted. In such a case, it is necessary to increase the inner diameter of the lance insertion hole. Also, since LNG is flammable and burns rapidly, if LNG burns rapidly at the lance tip, the temperature of the lance tip rises, and there is a possibility that wear such as cracking or melting damage may occur at the lance tip. . When such wear occurs at the tip of the lance, there is a risk of causing backfire or clogging of the lance. Moreover, as described in Patent Document 2, when pulverized coal is blown from the tip of the tuyere and the pulverized coal is brought into contact with hot oxygen, the pulverized coal is immediately raced even if the temperature rise of the pulverized coal is improved. Since it is blown into the way, there is no time for the pulverized coal to burn in the blower pipe or the tuyere, and as a result, the combustion efficiency of the pulverized coal may not be improved.

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、微粉炭などの固体還元材の燃焼効率を向上させることにより、生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を可能とする還元材吹き込み装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and by improving the combustion efficiency of a solid reducing material such as pulverized coal, it is possible to improve productivity and reduce exhaust CO 2. An object of the present invention is to provide a reducing material blowing device.

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、羽口を経て高炉内に熱風を送る送風管に差し込まれたランスから還元材を吹き込む場合に、送風管の上側に取付けられた上流側ランスと、送風管の下側に取付けられ且つ上流側ランスよりも送風方向下流側に配置される下流側ランスとを備え、上流側ランスを二重管とすると共に、下流側ランスを単管とし、送風管の軸方向から見たとき、上流側ランスの吹き込み先端部と下流側ランスの吹き込み先端部とを送風管の径方向に対向させ、送風管の内径をＤとしたとき、下流側ランスの吹き込み先端部の位置を送風管の内周壁からの送風管の径方向の距離で０超０．５Ｄ以下とした還元材吹き込み装置が提供される。   In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, when reducing material is blown from a lance inserted into a blower pipe that sends hot air into a blast furnace through a tuyere, it is attached to the upper side of the blower pipe. An upstream lance and a downstream lance that is attached to the lower side of the blower pipe and is located downstream of the upstream lance in the blowing direction. The upstream lance is a double pipe, and the downstream lance is When viewed from the axial direction of the blower pipe, the blower tip of the upstream lance and the blower tip of the downstream lance are opposed to each other in the radial direction of the blower pipe, and when the inner diameter of the blower pipe is D, the downstream A reducing material blowing device is provided in which the position of the blowing tip of the side lance is set to be more than 0 and 0.5 D or less in the radial direction distance of the blowing pipe from the inner peripheral wall of the blowing pipe.

上流側ランス及び下流側ランスからは、固体還元材、支燃性ガス、易燃性ガスが吹き込まれる。固体還元材は、窒素や大気などの搬送ガスと共に吹き込まれる。
固体還元材とは、例えば微粉炭が挙げられる。
また、支燃性ガスとは、少なくとも５０ｖｏｌ％以上の酸素濃度を有するガスと定義する。 From the upstream lance and the downstream lance, a solid reducing material, a combustion-supporting gas, and a flammable gas are blown. The solid reducing material is blown together with a carrier gas such as nitrogen or the atmosphere.
Examples of the solid reducing material include pulverized coal.
Further, the combustion-supporting gas is defined as a gas having an oxygen concentration of at least 50 vol% or more.

また、易燃性ガスとは、文字通り、微粉炭よりも燃焼性のよいガスであり、例えば純水素ガス、水素を主要成分として含有するガス、都市ガス、ＬＮＧ、プロパンガスの他、製鉄所で発生する転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスなどが適用可能である。また、ＬＮＧと等価としてシェールガス（shale gas）も利用できる。シェールガスは頁岩（シェール）層から採取される天然ガスであり、従来のガス田ではない場所から生産されることから、非在来型天然ガス資源と呼ばれているものである。都市ガスなどの易燃性ガスは、着火・燃焼が非常に早く、水素含有量が多いものでは燃焼カロリーも高い。また易燃性ガスは、微粉炭と異なり、灰分を含んでいないことも高炉の通気性、熱バランスに対して有利である。   In addition, the flammable gas is literally a gas that is more combustible than pulverized coal. For example, in addition to pure hydrogen gas, gas containing hydrogen as a main component, city gas, LNG, propane gas, The generated converter gas, blast furnace gas, coke oven gas, etc. are applicable. Also, shale gas can be used as equivalent to LNG. Shale gas is a natural gas extracted from the shale layer, and is produced from a place other than the conventional gas field, so it is called an unconventional natural gas resource. Combustible gases such as city gas ignite and burn very quickly, and those with a high hydrogen content have high combustion calories. In addition, unlike pulverized coal, the flammable gas does not contain ash, which is advantageous for the air permeability and heat balance of the blast furnace.

本発明の還元材吹き込み装置では、固体還元材の燃焼効率が向上し、結果的に生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を効率的に図ることが可能となる。 In the reducing material blowing device of the present invention, the combustion efficiency of the solid reducing material is improved, and as a result, it is possible to efficiently improve productivity and reduce exhaust CO 2 .

本発明の高炉操業方法が適用された高炉の一実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows one Embodiment of the blast furnace to which the blast furnace operating method of this invention was applied. 図１の送風管及び羽口における上流側ランス及び下流側ランスの配置状態を説明する縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view explaining the arrangement | positioning state of the upstream lance and downstream lance in the ventilation pipe and tuyere of FIG. 図１の送風管及び羽口における上流側ランス及び下流側ランスの配置状体を説明する縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view explaining the arrangement | positioning body of the upstream lance and downstream lance in the ventilation pipe and tuyere of FIG. 図２の上流側ランス及び下流側ランスの作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of the upstream lance and downstream lance of FIG. 酸素モル分率の説明図である。It is explanatory drawing of an oxygen mole fraction. 上流側ランスから酸素を吹き込み且つ下流側ランス先端部の位置を変化させたときの酸素モル分率の説明図である。It is explanatory drawing of an oxygen molar fraction when oxygen is blown in from an upstream lance and the position of the downstream lance front-end | tip part is changed. 上流側ランスからＬＮＧを吹き込み且つ下流側ランス先端部の位置を変化させたときのＬＮＧモル分率の説明図である。It is explanatory drawing of the LNG molar fraction when LNG is blown in from the upstream lance and the position of the downstream lance tip is changed.

次に、本発明の還元材吹き込み装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この実施形態の還元材吹き込み装置が適用された高炉の全体図である。図に示すように、高炉１の羽口３には、熱風を送風するための送風管２が接続され、この送風管２の管壁を貫通してランス４が設置されている。ランス４は、送風管２内に微粉炭などの固体還元材を吹き込むためのものである。この実施形態では、熱風には大気を用いた。羽口３の熱風送風方向先方のコークス堆積層には、レースウェイ５と呼ばれる燃焼空間が存在し、主として、この燃焼空間で鉄鉱石の還元が行われる。図では、図示左方の送風管２にランス４が１本だけ挿入されているが、周知のように、炉壁に沿って円周状に配置された送風管２及び羽口３の何れにもランス４を挿入設定することは可能である。また、羽口当たりのランスの数も１本に限定されず、２本以上を挿入することが可能である。また、ランスの形態も、単管ランスをはじめ、二重管ランスや複数のランスを束ねたものも適用可能である。但し、現状の送風管２のランス挿通孔では、三重管ランスを挿入することは困難である。また、以下の説明では、送風管２に貫通するランス４を上流側ランスとも呼ぶ。   Next, an embodiment of the reducing material blowing device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of a blast furnace to which the reducing material blowing device of this embodiment is applied. As shown in the drawing, a blast tube 2 for blowing hot air is connected to the tuyere 3 of the blast furnace 1, and a lance 4 is installed through the tube wall of the blast tube 2. The lance 4 is for blowing a solid reducing material such as pulverized coal into the blower pipe 2. In this embodiment, air is used as hot air. A combustion space called a raceway 5 exists in the coke deposit layer in the hot air blowing direction at the tuyere 3, and iron ore is mainly reduced in this combustion space. In the figure, only one lance 4 is inserted into the left blower pipe 2 shown in the figure, but as is well known, either the blower pipe 2 or the tuyere 3 arranged circumferentially along the furnace wall. It is also possible to insert and set the lance 4. Further, the number of lances per tuyere is not limited to one, and two or more lances can be inserted. Moreover, the form of a lance can be applied to a single pipe lance, a double pipe lance, or a bundle of a plurality of lances. However, it is difficult to insert a triple pipe lance with the lance insertion hole of the current blower pipe 2. Moreover, in the following description, the lance 4 penetrating the blower pipe 2 is also referred to as an upstream lance.

例えば固体還元材として微粉炭をランス４から吹き込む場合、微粉炭は、Ｎ２などのキャリアガス（搬送ガス）と共に吹き込まれる。ランス４から固体還元材として微粉炭だけを吹き込む場合、ランス４から羽口３を通過してレースウェイ５内に吹き込まれた微粉炭は、コークスと共に、その揮発分と固定炭素が燃焼する。燃焼しきれずに残った、一般にチャーと呼ばれる炭素と灰分の集合体は、レースウェイ５から未燃チャーとして排出される。未燃チャーは炉内に蓄積され、炉内通気性を悪化させるため、レースウェイ５内で微粉炭をできるだけ燃焼させる、つまり微粉炭の燃焼性向上が求められる。羽口３の熱風送風方向先方における熱風速度は約２００ｍ／ｓｅｃであり、ランス４の先端からレースウェイ５内における酸素の存在領域は約０．３〜０．５ｍとされているので、実質的に１／１０００秒のレベルで微粉炭粒子の昇温及び酸素との接触効率（分散性）の改善が必要となる。 For example, when pulverized coal is blown from the lance 4 as a solid reducing material, the pulverized coal is blown together with a carrier gas (carrier gas) such as N 2 . When only pulverized coal is blown from the lance 4 as a solid reducing material, the pulverized coal and the fixed carbon combusted with the coke from the pulverized coal blown into the raceway 5 through the tuyere 3 from the lance 4. The aggregate of carbon and ash, generally called char, remaining without being burned out is discharged from the raceway 5 as unburned char. Since unburned char is accumulated in the furnace and deteriorates the air permeability in the furnace, it is required to burn the pulverized coal as much as possible in the raceway 5, that is, to improve the flammability of the pulverized coal. The hot air velocity at the tip of the tuyere 3 in the direction of blowing hot air is about 200 m / sec, and the oxygen existing area in the raceway 5 from the tip of the lance 4 is about 0.3 to 0.5 m. In addition, it is necessary to improve the temperature rise of the pulverized coal particles and the contact efficiency (dispersibility) with oxygen at a level of 1/1000 second.

羽口３からレースウェイ５内に吹き込まれた微粉炭は、まず送風からの対流伝熱によって加熱される。更にレースウェイ５内の火炎からの輻射伝熱、伝導伝熱によって急激に微粉炭粒子の温度が上昇し、３００℃以上昇温した時点から微粉炭粒子の熱分解が開始される。そして、微粉炭から放出された揮発分に着火して火炎が形成され、燃焼温度は１４００〜１７００℃に達する。揮発分が全て放出されると、前述したチャーとなる。チャーは、主に固定炭素であるので、燃焼反応と共に、炭素溶解反応と呼ばれる反応も生じる。このとき、ランス４から送風管２内に吹き込まれる微粉炭の揮発分の増加により、微粉炭の着火が促進され、揮発分の燃焼量増加により微粉炭の昇温速度と最高温度が上昇し、微粉炭の分散性と温度の上昇によりチャーの反応速度が上昇する。即ち、揮発分の気化膨張に伴って微粉炭が分散し、揮発分が燃焼し、この燃焼熱によって微粉炭が急速に加熱、昇温すると考えられる。一方、ランス４から送風管２内に微粉炭と共に例えば易燃性ガスとしてＬＮＧを吹き込む場合、ＬＮＧが送風中の酸素と接触してＬＮＧが燃焼し、その燃焼熱によって微粉炭が急速に加熱、昇温されると考えられ、これにより微粉炭の着火が促進される。   The pulverized coal blown into the raceway 5 from the tuyere 3 is first heated by convective heat transfer from the blown air. Further, the temperature of the pulverized coal particles suddenly rises due to radiant heat transfer and conduction heat transfer from the flame in the raceway 5, and thermal decomposition of the pulverized coal particles starts when the temperature rises by 300 ° C. or more. And the volatile matter discharged | emitted from pulverized coal is ignited, a flame is formed, and combustion temperature reaches 1400-1700 degreeC. When all the volatile matter is released, it becomes the char described above. Since char is mainly fixed carbon, a reaction called a carbon dissolution reaction occurs along with a combustion reaction. At this time, the increase in the volatile content of the pulverized coal blown into the blow pipe 2 from the lance 4 promotes the ignition of the pulverized coal, the increase in the combustion amount of the volatile component increases the heating rate and the maximum temperature of the pulverized coal, The rate of char reaction is increased by increasing the dispersibility of pulverized coal and the temperature. That is, it is considered that the pulverized coal is dispersed with the vaporization and expansion of the volatile matter, the volatile matter is combusted, and the pulverized coal is rapidly heated and heated by this combustion heat. On the other hand, when LNG is blown into the blow pipe 2 from the lance 4 together with pulverized coal, for example, as flammable gas, the LNG comes into contact with the oxygen being blown to burn the LNG, and the pulverized coal is rapidly heated by the combustion heat. It is considered that the temperature is raised, and this facilitates the ignition of pulverized coal.

図２および図３は、本発明の実施形態を示す図である。図２は側面図、図３は断面図である。上流側ランス４に対し、熱風の送風方向下流側に下流側ランス６が配置される。下流側ランス６は、羽口（部材）３を貫通するようにして配置されている。また、図２、図３に示すように、この実施形態の上流側ランス４は送風管２の最上部を貫通して送風管２の中心軸に向かうように配置されている。これに対し、下流側ランス６は、図３に明示するように、上流側ランス４の配置位置から送風管２の円周方向角度θで１８０°の位置、つまり送風管２の最下部の位置で羽口３を貫通するようにした。つまり、送風管２の軸方向から見たとき、上流側ランス４の吹き込み先端部と下流側ランス６の吹き込み先端部とを送風管２の径方向に対向するように配置した。さらに、前述した上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置は、羽口３の送風方向先端部から送風方向と逆方向に例えば１００ｍｍの位置とし、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から下流側ランス６の羽口貫通部中心位置までの距離を例えば８０ｍｍとした。なお、下流側ランス６の羽口貫通部中心位置からの差し込み長さは後述のように種々に変更した。   2 and 3 are diagrams showing an embodiment of the present invention. 2 is a side view, and FIG. 3 is a cross-sectional view. A downstream lance 6 is disposed downstream of the upstream lance 4 in the direction of blowing hot air. The downstream lance 6 is disposed so as to penetrate the tuyere (member) 3. As shown in FIGS. 2 and 3, the upstream lance 4 of this embodiment is disposed so as to pass through the uppermost part of the blower pipe 2 toward the central axis of the blower pipe 2. On the other hand, as shown in FIG. 3, the downstream lance 6 is located at a position 180 ° from the arrangement position of the upstream lance 4 in the circumferential angle θ of the blower pipe 2, that is, the lowest position of the blower pipe 2. It was made to penetrate the tuyere 3. That is, when viewed from the axial direction of the blower tube 2, the blowing tip portion of the upstream lance 4 and the blowing tip portion of the downstream lance 6 are arranged to face each other in the radial direction of the blower tube 2. Further, the central position of the upstream tip of the upstream lance 4 is, for example, 100 mm from the tip of the tuyere 3 in the direction of air flow in the direction opposite to the direction of air blowing, and the downstream position from the central position of the upstream tip of the lance 4. The distance to the center position of the lance 6 tuyere penetration part was set to 80 mm, for example. In addition, the insertion length from the tuyere penetration part center position of the downstream lance 6 was variously changed as mentioned later.

ここで、固体還元材として微粉炭を、易燃性ガスとしてＬＮＧを、支燃性ガスとして酸素（純酸素）を用いた。また、上流側ランス４には、二重管ランスを用い、二重管ランスからなる上流側ランス４の内側管から微粉炭を、内側管と外側管との隙間からＬＮＧ又は酸素の何れか一方を夫々吹き込む形態とした。また、下流側ランス６からは、ＬＮＧ又は酸素の何れか他方を吹き込む形態とした。即ち、上流側ランス４の内側管と外側管との隙間からＬＮＧを吹き込む場合には、下流側ランス６から酸素を吹き込む。また、上流側ランス４の内側管と外側管との隙間から酸素を吹き込む場合には、下流側ランス６からＬＮＧを吹き込む。   Here, pulverized coal was used as the solid reducing material, LNG was used as the flammable gas, and oxygen (pure oxygen) was used as the flammable gas. Further, a double pipe lance is used for the upstream lance 4, pulverized coal from the inner pipe of the upstream lance 4 composed of a double pipe lance, and either LNG or oxygen from the gap between the inner pipe and the outer pipe. Each was blown into the form. Further, either LNG or oxygen was blown from the downstream lance 6. That is, when LNG is blown from the gap between the inner pipe and the outer pipe of the upstream lance 4, oxygen is blown from the downstream lance 6. When oxygen is blown from the gap between the inner pipe and the outer pipe of the upstream lance 4, LNG is blown from the downstream lance 6.

まず、二重管ランスからなる上流側ランス４の内側管と外側管との間からＬＮＧを吹き込み、単管ランスからなる下流側ランス６から酸素を吹き込む例について説明する。ここで、使用する微粉炭の密度は１４００ｋｇ／ｍ3で、キャリアガスにＮ２を用い、上流側ランス４の内側管から吹き込む微粉炭の吹き込み条件は１１００ｋｇ／ｈとした。また、上流側ランス４の内側管と外側管との隙間から吹き込むＬＮＧの吹き込み条件は１００Ｎｍ3／ｈで、送風管２からの送風条件は、送風温度１２００℃、流量１２０００Ｎｍ3／ｈ、流速１５０ｍ／ｓで大気を用いた。また、下流側ランス６から吹き込む酸素の吹き込み条件は、流量３５０Ｎｍ3／ｈ、流速１４６ｍ／ｓとした。 First, an example in which LNG is blown from between the inner pipe and the outer pipe of the upstream lance 4 made of a double pipe lance and oxygen is blown from the downstream lance 6 made of a single pipe lance will be described. Here, the density of the pulverized coal used was 1400 kg / m 3 , N 2 was used as the carrier gas, and the blowing condition of the pulverized coal blown from the inner pipe of the upstream lance 4 was 1100 kg / h. Also, LNG blowing conditions blown through the gap between the inner and outer tubes of the upstream lance 4 at 100 Nm 3 / h, blowing conditions from the air tube 2, blast temperature 1200 ° C., flow rate 12000 nm 3 / h, the flow velocity 150m Atmosphere was used at / s. The oxygen blowing conditions from the downstream lance 6 were a flow rate of 350 Nm 3 / h and a flow rate of 146 m / s.

上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭（ＬＮＧやキャリアガスを含む）の主流は、熱風の送風によって図４に実線で示すように流れる。しかしながら、微粉炭の中には、質量の大きい、つまり慣性力の大きい粉粒も存在し、そうした質量の大きい微粉炭は、図４に破線で示すように、微粉炭の主流から離れるようにして吹き込み方向先方に流れる。このように微粉炭の主流から離れた微粉炭は、前述したＬＮＧの先行燃焼による昇温効果が小さくなるので燃焼しにくい状態が継続する。そこで、このように微粉炭の主流から離れる微粉炭に対して十分に酸素が供給されるようにするのが望ましいと考えられ、その結果、下流側ランス６が上流側ランス４に送風管２の径方向に対向するように、上流側ランス４の位置に対する下流側ランス６の位置を送風管円周方向角度θで１８０°とした。   The main stream of pulverized coal (including LNG and carrier gas) blown from the upstream lance 4 flows as shown by a solid line in FIG. However, there are pulverized coals with large mass, that is, with large inertial force, and such pulverized coals with large mass are separated from the mainstream of pulverized coal as shown by broken lines in FIG. It flows in the direction of blowing. As described above, the pulverized coal separated from the mainstream of the pulverized coal continues to be in a state in which it is difficult to burn because the temperature rising effect due to the preceding combustion of LNG is reduced. Therefore, it is considered desirable to sufficiently supply oxygen to the pulverized coal that is away from the mainstream of the pulverized coal in this way, and as a result, the downstream lance 6 is connected to the upstream lance 4 of the blower pipe 2. The position of the downstream lance 6 with respect to the position of the upstream lance 4 was set to 180 ° in the air duct circumferential direction angle θ so as to face the radial direction.

そして、下流側ランス６の吹き込み先端部の位置、具体的には送風管２の内周壁から下流側ランス６の吹き込み先端部までの送風管２の径方向の距離ｘを種々に変更し、汎用流体ソフトを用いて、コンピュータによりレースウェイ５内の流体解析を行って微粉炭の周辺の酸素モル分率を評価した。酸素モル分率の評価位置は、図２に示すように、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から熱風の送風方向に３００ｍｍの位置、即ち羽口３の送風方向先端部からレースウェイ５内２００ｍｍの位置とした。コンピュータによる流体解析では、図５に示すように、流体シミュレーションにメッシュを形成し、微粉炭粒子が存在するメッシュのガス中の酸素のモル分率を微粉炭粒子と接触している酸素モル分率と定義した。そして、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から送風方向３００ｍｍの評価地点にある全ての微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率の平均値で評価した。なお、前述のように、送風には大気を使用しているが、下流側ランス６から酸素を吹き込む場合、大気中の酸素は考慮せず、下流側ランス６から吹き込まれる酸素についてのみ微粉炭粒子と接触しているガス中の酸素モル分率を評価する。即ち、下流側ランス６から酸素を吹き込む場合の微粉炭粒子と接触しているガス中の酸素モル分率の数値には、送風中、つまり大気中の酸素分が含まれていない。   And the position x of the blowing tip of the downstream lance 6, specifically, the radial distance x of the blowing tube 2 from the inner peripheral wall of the blowing tube 2 to the blowing tip of the downstream lance 6 is variously changed. The fluid in the raceway 5 was analyzed by a computer using fluid software, and the oxygen mole fraction around the pulverized coal was evaluated. As shown in FIG. 2, the evaluation position of the oxygen mole fraction is 300 mm in the hot air blowing direction from the central position of the blowing tip of the upstream lance 4, that is, the inside of the raceway 5 from the tip of the tuyere 3 in the blowing direction. The position was 200 mm. In the fluid analysis by a computer, as shown in FIG. 5, a mesh is formed in the fluid simulation, and the oxygen mole fraction in contact with the pulverized coal particles is the mole fraction of oxygen in the mesh gas in which the pulverized coal particles are present. Defined. And it evaluated by the average value of the oxygen mole fraction in the gas which is contacting all the pulverized coal particles in the evaluation point of the blowing direction 300mm from the blowing front-end | tip center position of the upstream lance 4. FIG. As described above, air is used for blowing air. However, when oxygen is blown from the downstream lance 6, oxygen in the atmosphere is not taken into account, and only the oxygen blown from the downstream lance 6 is pulverized coal particles. The oxygen mole fraction in the gas in contact with is evaluated. That is, the numerical value of the oxygen mole fraction in the gas in contact with the pulverized coal particles when oxygen is blown from the downstream lance 6 does not include oxygen in the air, that is, in the atmosphere.

図６には、送風管２の内周壁から下流側ランス６の吹き込み先端部までの送風管２の径方向の距離ｘを変更したときの微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率を示す。このとき、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の吹き込み方向は、羽口３（又は送風管２）の半径方向中心に向け且つ熱風の送風方向と垂直になるように設定した。なお、比較例として、下流側ランスからは酸素を吹き込まず、大気に酸素を３５０Ｎｍ3／ｈ添加して送風し、その結果、微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が２．７％一定となった曲線（直線）を下流側ランス６からの酸素吹き込みなしとして図に併記した。図から明らかなように、送風管２の内周壁から下流側ランス６の吹き込み先端部までの送風管２の径方向の距離ｘ、つまりこの場合の下流側ランス６の差し込み長さは、０超〜３５ｍｍの範囲で、下流側ランスからの酸素吹き込みなしの場合よりも微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が増大し、下流側ランス６の差し込み長さが３５ｍｍのとき、最大となる。これは、送風管２の内径Ｄの半分に相当し、上流側ランス４から送風管２の径方向中央部に吹き込まれる微粉炭の主流に対し、下流側ランス６から吹き込まれる酸素が十分に供給されることを意味し、結果的にレースウェイ５内での微粉炭の燃焼性が向上すると考えられる。 FIG. 6 shows the molar oxygen content in the gas in contact with the pulverized coal particles when the radial distance x of the blower pipe 2 from the inner peripheral wall of the blower pipe 2 to the blowing tip of the downstream lance 6 is changed. Indicates the rate. At this time, the blowing direction of oxygen blown from the downstream lance 6 was set so as to be directed toward the radial center of the tuyere 3 (or the blowing pipe 2) and perpendicular to the blowing direction of hot air. As a comparative example, oxygen is not blown from the downstream lance, but oxygen is added to the atmosphere at 350 Nm 3 / h and blown. As a result, the oxygen mole fraction in the gas in contact with the pulverized coal particles is 2 A curve (straight line) that is constant at 7% is also shown in the figure as no oxygen blowing from the downstream lance 6. As is apparent from the drawing, the radial distance x of the blower tube 2 from the inner peripheral wall of the blower tube 2 to the blowing tip of the downstream lance 6, that is, the insertion length of the downstream lance 6 in this case exceeds zero. When the oxygen mole fraction in the gas in contact with the pulverized coal particles is increased in the range of ˜35 mm than when no oxygen is blown from the downstream lance, and the insertion length of the downstream lance 6 is 35 mm, Maximum. This corresponds to half of the inner diameter D of the blower pipe 2, and oxygen blown from the downstream lance 6 is sufficiently supplied to the mainstream of pulverized coal blown from the upstream lance 4 to the radial center of the blower pipe 2. As a result, it is considered that the combustibility of pulverized coal in the raceway 5 is improved.

次に、二重管ランスからなる上流側ランス４の内側管と外側管との間から酸素を吹き込み、単管ランスからなる下流側ランス６からＬＮＧを吹き込む例について説明する。ここで、使用する微粉炭の密度は１４００ｋｇ／ｍ3で、キャリアガスにＮ２を用い、上流管ランス４の内側管から吹き込む微粉炭の吹き込み条件は１１００ｋｇ／ｈとした。また、上流管ランス４の内側管と外側管との間から吹き込む酸素の吹き込み条件は１００Ｎｍ3／ｈで、送風管２からの送風条件は、送風温度１２００℃、流量１２０００Ｎｍ3／ｈ、流速１５０ｍ／ｓで大気を用いた。また、下流側ランス６から吹き込むＬＮＧの吹き込み条件は、流量３５０Ｎｍ3／ｈ、流速１４６ｍ／ｓとした。 Next, an example in which oxygen is blown from between the inner pipe and the outer pipe of the upstream lance 4 made of a double pipe lance and LNG is blown from the downstream lance 6 made of a single pipe lance will be described. Here, the density of the pulverized coal used is 1400 kg / m 3 , N 2 is used as the carrier gas, and the blowing condition of the pulverized coal blown from the inner pipe of the upstream pipe lance 4 is 1100 kg / h. The oxygen blowing conditions blown from between the inner and outer tubes of the upstream tube lance 4 at 100 Nm 3 / h, blowing conditions from the air tube 2, blast temperature 1200 ° C., flow rate 12000 nm 3 / h, the flow velocity 150m Atmosphere was used at / s. The LNG blowing conditions for blowing from the downstream lance 6 were a flow rate of 350 Nm 3 / h and a flow rate of 146 m / s.

また、上流側ランス４の内側管と外側管との間からＬＮＧを吹き込み、下流側ランス６から酸素を吹き込む場合と同様に、下流側ランス６が上流側ランス４に送風管２の径方向に対向するように、上流側ランス４の位置に対する下流側ランス６の位置を送風管円周方向角度θで１８０°とした。そして、下流側ランス６の吹き込み先端部の位置、具体的には送風管２の内周壁から下流側ランス６の吹き込み先端部までの送風管２の径方向の距離ｘを種々に変更し、汎用流体ソフトを用いて、コンピュータによりレースウェイ５内の流体解析を行って微粉炭の周辺のＬＮＧモル分率を評価した。ＬＮＧモル分率の評価位置は、図２に示すように、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から熱風の送風方向に３００ｍｍの位置、即ち羽口３の送風方向先端部からレースウェイ５内２００ｍｍの位置とした。コンピュータによる流体解析では、前述と同様に、流体シミュレーションにメッシュを形成し、微粉炭粒子が存在するメッシュのガス中のＬＮＧのモル分率を微粉炭粒子と接触しているＬＮＧモル分率と定義した。そして、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から送風方向３００ｍｍの評価地点にある全ての微粉炭粒子に接触しているガス中のＬＮＧモル分率の平均値で評価した。   Further, as in the case where LNG is blown from between the inner pipe and the outer pipe of the upstream lance 4 and oxygen is blown from the downstream lance 6, the downstream lance 6 extends into the upstream lance 4 in the radial direction of the blower pipe 2. The position of the downstream lance 6 relative to the position of the upstream lance 4 was set to 180 ° in the air duct circumferential direction angle θ so as to face each other. And the position x of the blowing tip of the downstream lance 6, specifically, the radial distance x of the blowing tube 2 from the inner peripheral wall of the blowing tube 2 to the blowing tip of the downstream lance 6 is variously changed. Using fluid software, the fluid in the raceway 5 was analyzed by a computer to evaluate the LNG mole fraction around the pulverized coal. As shown in FIG. 2, the evaluation position of the LNG mole fraction is 300 mm in the hot air blowing direction from the center of the blowing tip of the upstream lance 4, that is, the inside of the raceway 5 from the tip of the tuyere 3 in the blowing direction. The position was 200 mm. In the fluid analysis by computer, as described above, a mesh is formed in the fluid simulation, and the LNG mole fraction in the mesh gas in which pulverized coal particles are present is defined as the LNG mole fraction in contact with the pulverized coal particles. did. And it evaluated by the average value of the LNG molar fraction in the gas which has contacted all the pulverized coal particles in the evaluation point of 300 mm of blowing directions from the blowing tip center position of the upstream lance 4.

図７には、送風管２の内周壁から下流側ランス６の吹き込み先端部までの送風管２の径方向の距離ｘを変更したときの微粉炭粒子に接触しているガス中のＬＮＧモル分率を示す。このとき、下流側ランス６から吹き込まれるＬＮＧの吹き込み方向は、羽口３（又は送風管２）の半径方向中心に向け且つ熱風の送風方向と垂直になるように設定した。なお、比較例として、下流側ランスからはＬＮＧを吹き込まず、大気にＬＮＧを３５０Ｎｍ3／ｈ添加して送風し、その結果、微粉炭粒子に接触しているガス中のＬＮＧモル分率が一定となった曲線（直線）を下流側ランス６からのＬＮＧ吹き込みなしとして図に併記した。図から明らかなように、送風管２の内周壁から下流側ランス６の吹き込み先端部までの送風管２の径方向の距離ｘ、つまりこの場合は下流側ランス６の差し込み長さは、０超〜３５ｍｍの範囲で、下流側ランスからの酸素吹き込みなしの場合よりも微粉炭粒子に接触しているガス中のＬＮＧモル分率が増大し、下流側ランス６の差し込み長さが３５ｍｍのとき、最大となる。これは、送風管２の内径Ｄの半分に相当し、上流側ランス４から送風管２の径方向中央部に吹き込まれる微粉炭の主流に対し、下流側ランス６から吹き込まれるＬＮＧが十分に供給されることを意味し、結果的にレースウェイ５内での微粉炭の燃焼性が向上すると考えられる。 FIG. 7 shows the LNG mole fraction in the gas in contact with the pulverized coal particles when the radial distance x of the blower pipe 2 from the inner peripheral wall of the blower pipe 2 to the blowing tip of the downstream lance 6 is changed. Indicates the rate. At this time, the blowing direction of LNG blown from the downstream lance 6 was set so as to be directed toward the radial center of the tuyere 3 (or the blowing pipe 2) and perpendicular to the blowing direction of hot air. As a comparative example, LNG is not blown from the downstream lance, but LNG is added to the atmosphere at 350 Nm 3 / h and blown. As a result, the LNG mole fraction in the gas in contact with the pulverized coal particles is constant. The resulting curve (straight line) is also shown in the figure as no LNG blowing from the downstream lance 6. As is apparent from the figure, the radial distance x of the blower tube 2 from the inner peripheral wall of the blower tube 2 to the blowing tip of the downstream lance 6, that is, in this case, the insertion length of the downstream lance 6 exceeds zero. When the LNG mole fraction in the gas in contact with the pulverized coal particles is increased in the range of ˜35 mm than when no oxygen is blown from the downstream lance, and the insertion length of the downstream lance 6 is 35 mm, Maximum. This corresponds to half of the inner diameter D of the blower pipe 2, and LNG blown from the downstream lance 6 is sufficiently supplied to the mainstream of pulverized coal blown from the upstream lance 4 to the radial center of the blower pipe 2. As a result, it is considered that the combustibility of pulverized coal in the raceway 5 is improved.

このように、この実施形態の還元材吹き込み装置では、二重管で構成される上流側ランス４から固体還元材である微粉炭と易燃性ガスであるＬＮＧ又は支燃性ガスである酸素とを吹き込み、その送風方向下流側に配置され且つ単管で構成される下流側ランス６から酸素又はＬＮＧを吹き込む。このとき、上流側ランス４の吹き込み先端部と下流側ランス６の吹き込み先端部とを送風管２の径方向に対向させ、送風管２の内径をＤとしたとき、下流側ランス６の吹き込み先端部の位置を送風管２の内周壁からの送風管２の径方向の距離ｘで０超０．５Ｄ以下としたために、上流側ランス４からＬＮＧを吹き込む場合には、ＬＮＧの燃焼で使用された酸素が下流側ランス６から供給され、ＬＮＧの燃焼によって昇温した微粉炭が供給された酸素と共に燃焼する。また、上流側ランス４から酸素を吹き込む場合には、ＬＮＧの燃焼で使用される酸素が上流側ランス４から供給され、ＬＮＧの燃焼によって昇温した微粉炭が供給された酸素又は送風中の酸素と共に燃焼する。従って、微粉炭の燃焼効率が向上し、結果的に生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を効率的に図ることが可能となる。 Thus, in the reducing material blowing device of this embodiment, pulverized coal that is a solid reducing material and LNG that is a flammable gas or oxygen that is a combustion-supporting gas from the upstream lance 4 constituted by a double pipe. Then, oxygen or LNG is blown from a downstream lance 6 that is arranged on the downstream side in the blowing direction and is constituted by a single pipe. At this time, when the blowing tip of the upstream lance 4 and the blowing tip of the downstream lance 6 are opposed to each other in the radial direction of the blower tube 2 and the inner diameter of the blower tube 2 is D, the blown tip of the downstream lance 6 When the LNG is blown from the upstream side lance 4 because the radial position x of the blower pipe 2 from the inner peripheral wall of the blower pipe 2 is more than 0 and 0.5 D or less, it is used for LNG combustion. Oxygen is supplied from the downstream lance 6 and pulverized coal heated by combustion of LNG is combusted together with the supplied oxygen. When oxygen is blown from the upstream lance 4, oxygen used in LNG combustion is supplied from the upstream lance 4, oxygen supplied with pulverized coal heated by LNG combustion, or oxygen in blast Burn with. Therefore, the combustion efficiency of pulverized coal is improved, and as a result, it is possible to efficiently improve productivity and reduce exhaust CO 2 .

なお、吹き込む固体還元材には、微粉炭を主として、その中に廃プラスチック、廃棄物固形燃料（ＲＤＦ）、有機性資源（バイオマス）、廃材（木材）、コークス炉集塵コークスを混合使用してもよい。ちなみに、混合使用の際は、微粉炭の全固体還元材に対する比は８０ｍａｓｓ％以上とするのが好ましい。即ち、微粉炭と、廃プラスチック、廃棄物固形燃料（ＲＤＦ）、有機性資源（バイオマス）、廃材などでは反応による熱量が異なるため、互いの使用比率が近くなると燃焼に偏りが生じ易くなり、操業の不安定となり易い。また、微粉炭と比して、廃プラスチック、廃棄物固形燃料（ＲＤＦ）、有機性資源（バイオマス）、廃材（木材）等は燃焼反応による発熱量が低位であるため、多量に吹込むと炉頂より装入される固体還元材に対する代替効率が低下するため、微粉炭の割合を８０ｍａｓｓ％以上とするのが好ましいのである。   In addition, the solid reducing material to be blown in is mainly pulverized coal, which contains waste plastic, waste solid fuel (RDF), organic resources (biomass), waste material (wood), and coke oven dust collection coke. Also good. Incidentally, in the case of mixed use, the ratio of pulverized coal to the all solid reducing material is preferably 80 mass% or more. In other words, pulverized coal and waste plastics, waste solid fuel (RDF), organic resources (biomass), waste materials, etc. have different amounts of heat due to the reaction. It tends to be unstable. Compared with pulverized coal, waste plastic, waste solid fuel (RDF), organic resources (biomass), waste materials (wood), etc. have a lower calorific value due to the combustion reaction, so if a large amount is injected, the furnace Since the alternative efficiency with respect to the solid reducing material charged from the top falls, it is preferable to make the ratio of pulverized coal 80 mass% or more.

また、廃プラスチック、廃棄物固形燃料、有機性資源、廃材は、大きさが６ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下の細粒として微粉炭と混合使用できる。これらは、搬送気体により気送される微粉炭と合流させることで混合可能である。予め微粉炭と混合して使用しても構わない。   Waste plastics, solid waste fuel, organic resources, and waste materials can be mixed with pulverized coal as fine particles having a size of 6 mm or less, preferably 3 mm or less. These can be mixed by merging with pulverized coal fed by carrier gas. You may mix and use beforehand with pulverized coal.

１ 高炉
２ 送風管
３ 羽口
４ 上流側ランス
５ レースウェイ
６ 下流側ランス 1 Blast Furnace 2 Blower 3 Tuyere 4 Upstream Lance 5 Raceway 6 Downstream Lance

Claims (3)

羽口を経て高炉内に熱風を送る送風管に差し込まれたランスから還元材を吹き込む還元材吹き込み装置であって、
前記送風管の上側に取付けられた上流側ランスと、
前記送風管の下側に取付けられ且つ前記上流側ランスよりも送風方向下流側に配置される下流側ランスとを備え、
前記上流側ランスを二重管とすると共に、前記下流側ランスを単管とし、
前記送風管の軸方向から見たとき、前記上流側ランスの吹き込み先端部と前記下流側ランスの吹き込み先端部とを径方向に対向させ、
前記送風管の内径をＤとしたとき、前記下流側ランスの吹き込み先端部の位置を前記送風管の内周壁からの前記送風管の径方向の距離で０超０．５Ｄ以下とし、
前記上流側ランスの内側管から固体還元材を吹き込むと共に前記上流側ランスの内側管と外側管との隙間から易燃性ガスを吹き込み、前記下流側ランスから支燃性ガスを吹き込むことを特徴とする還元材吹き込み装置。 A reducing material blowing device that blows a reducing material from a lance inserted into a blow pipe that sends hot air into the blast furnace through the tuyere,
An upstream lance attached to the upper side of the air duct;
A downstream lance that is attached to the lower side of the blower pipe and is disposed downstream of the upstream lance in the blowing direction,
The upstream lance is a double pipe, the downstream lance is a single pipe,
When viewed from the axial direction of the blower pipe, the blowing tip of the upstream lance and the blowing tip of the downstream lance are opposed to each other in the radial direction,
When the inner diameter of the blower pipe is D, the position of the blowing tip of the downstream lance is set to be more than 0 and 0.5 D or less in the radial direction distance of the blower pipe from the inner peripheral wall of the blower pipe,
The solid reducing material is blown from the inner pipe of the upstream lance, the flammable gas is blown from the gap between the inner pipe and the outer pipe of the upstream lance, and the combustion-supporting gas is blown from the downstream lance. be that instead of the original material blowing apparatus. 前記固体還元材が微粉炭であり、前記易燃性ガスがＬＮＧであり、前記支燃性ガスが酸素であることを特徴とする請求項１に記載の還元材吹き込み装置。 The reducing material blowing device according to claim 1 , wherein the solid reducing material is pulverized coal, the flammable gas is LNG, and the combustion-supporting gas is oxygen. 前記固体還元材の微粉炭に、廃プラスチック、廃棄物固形燃料、有機性資源、廃材、コークス炉集塵コークスのうちの少なくとも１つを加えることを特徴とする請求項２に記載の還元材吹き込み装置。 The reducing material blowing according to claim 2 , wherein at least one of waste plastic, waste solid fuel, organic resources, waste material, and coke oven dust collection coke is added to the pulverized coal of the solid reducing material. apparatus.
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