JPH10121119A - 微粉炭吹き込み羽口 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高炉における微粉炭吹き込み法において、微
粉炭の燃焼率を向上させるとともに羽口内圧損低減およ
びアッシュ付着防止を同時に達成するための微粉炭吹き
込み羽口を提供する。 【解決手段】 羽口に複数の微粉炭吹き込みランスを内
蔵し、ランスの先端は羽口先端から羽口内に０〜１００
ｍｍの位置とし、かつ羽口面から０〜５０ｍｍ突出させ
て設置し、さらにランスの中心軸の延長線が相互に交差
しないように配設した高炉用微粉炭吹き込み羽口。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の羽口部から
微粉炭を吹き込むための微粉炭吹き込み羽口に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の微粉炭吹き込みは、コークスと微
粉炭との価格差によりコストメリットが大きいことから
多くの高炉で採用され、溶銑の製造コストの低減に大き
く寄与している。近年は、コークス炉の炉命延長の観点
からもその重要性が再認識され、多量の微粉炭吹き込み
を指向した技術開発が活発に行われている。

【０００３】しかしながら、高炉内に吹き込む微粉炭の
量を増していくと、種々の問題点が顕在化してくる。た
とえば、微粉炭吹き込み量を増すに従い、微粉炭と酸素
との比（Ｋｇ／Ｎｍ³)が大きくなって、酸素量が相対的
に減少するので、微粉炭の燃焼率が低下し、レースウェ
イ内で燃焼しきれない未燃チャーが多量に炉内に排出さ
れる。この未燃チャーは融着帯または炉下部でソルーシ
ョンロス反応（ＣＯ₂＋Ｃ＝ＣＯ）により優先的に消費
される可能性もあるが、未燃チャーの炉内消費量には自
ずと限界値が存在するので、この消費限界値以上に未燃
チャーが発生すると、ダストとして炉頂から排出されて
置換率（高炉に装入するコークスの一部を微粉炭に置き
換えることができる割合）の低下や燃料比上昇を招く恐
れがある。また、これが炉芯や融着帯根部に蓄積する
と、通気・通液性の阻害による炉況不安定や生産性低下
の原因となる。

【０００４】そこで安定した微粉炭の多量吹き込み方法
を実現するためには、未燃チャーの発生量を炉内消費量
限界以下に抑えることが不可欠であり、このためには羽
口／レースウェイ部における微粉炭の燃焼率を一層向上
させることが必要である。

【０００５】通常の微粉炭吹き込み方法は、微粉炭吹き
込み用の単管ランス先端部をブローパイプ内に突出さ
せ、ランス先端の開孔部から吹き込む方法が一般的であ
る。

【０００６】しかしながらこの方法は一本のランスから
全量の微粉炭を噴出させるため、ランスから噴出直後の
固体炭素濃度が高く、また、熱風の慣性力も大きいこと
から径方向にはあまり拡散できない。このため微粉炭と
熱風との混合効率および酸素との接触効率が低く、固体
炭素の昇温が遅れるので燃焼率上昇も見込めない。

【０００７】この対策として、ランス位置を炉外側に移
行させブローパイプ内の滞留時間を伸ばすことも考えら
れるが、微粉炭の燃焼率は向上するものの、熱風の乱流
によって微粉炭の一部は微粉炭主流から外れるので、羽
口先に微粉炭のアッシュが付着することは避けられない
という問題があった。

【０００８】上記問題を解決する手段として、ランスを
２重管構造とし、酸素と微粉炭の接触効率を向上させる
方法の開発も行われている。例えば特開平２−２１３４
０６号公報、特開平６−１００９１２号公報では同心２
重管ランスの内側に微粉炭、外部に酸素、空気あるいは
これらの混合物（酸素富化空気）を流し、微粉炭と酸素
の接触効率を改善している。

【０００９】しかしながら多量の常温のガス（酸素、空
気あるいはこれらの混合物）の導入によって微粉炭近傍
の温度が冷却され易く、また微粉炭の流速も増大するの
で着火遅れが生じる可能性がある。また固体に比べてガ
スは拡散しやすいので、微粉炭近くに噴出させた酸素は
すぐに外層の熱風と混合してしまうため、微粉炭粒子近
傍の酸素濃度向上効果はランス噴出直後の僅かの距離で
しか期待できない。このため最終の燃焼率は期待される
値より著しく低くなり、場合によっては酸素導入の効果
が全く現れない。

【００１０】特開平１−９２３０４号公報ではランスを
３重管構造とし、最外管は水冷し、微粉炭を最内管に流
し、その回りを取り囲むように配置した複数個のノズル
から酸素を噴出させる方法を開示している。しかし、こ
の場合も微粉炭の外側の酸素は拡散して燃焼に有効に活
用されない、あるいは微粉炭の昇温が遅れる等、燃焼に
関しては上述と同様な問題を有する。

【００１１】また、羽口１個につきランスを２本設置す
る、いわゆるダブルランス化によって燃焼性を向上させ
る試みもなされている。

【００１２】鉄と鋼ｖｏｌ．８０（１９９４），Ｐ２８
８によれば単管のランスを２本ブローパイプ内に挿入
し、各ランスから吹き込み微粉炭量の半量ずつを吹き込
む実験を実施している。

【００１３】この方法によれば微粉炭の噴出起点が複数
個にできるため、吹き込み直後から微粉炭をより広い空
間領域に分布させることが可能で、比較的均一な分散性
が達成される。このため微粉炭と熱風および熱風中の酸
素との接触効率が高まり、昇温および揮発分の熱分解が
速まるとともに速やかに揮発分の燃焼に移行し、さらに
揮発分の燃焼熱を微粉炭が受けることによって揮発分の
熱分解を促進するなど、連鎖的に燃焼が進行して高い燃
焼率を達成できる。

【００１４】しかしながら、上記の様に高燃焼率が達成
できるがゆえに燃焼ガス量増加に伴う羽口内圧損の上昇
やこれに起因する溶融アッシュの羽口内壁への付着とい
う問題点が生じる。これを回避するためにはランス位置
をできるだけ炉内側に設置する必要があるが、この炉内
側への設置は、微粉炭の単独燃焼距離を短くし、炉内コ
ークスとの競合燃焼域にすぐに入ることになるので燃焼
率の低下につながる。またレースウェイからの輻射熱を
受け易くなるのでランス先端の溶損やランス内部での微
粉炭のコーキングも問題となるので高価な耐熱性材料で
製作するか、水冷が必要となるという問題点が生じる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、微粉炭
の燃焼率の向上と羽口内圧損低減および羽口先アッシュ
の付着防止という問題を解決するための高炉用微粉炭吹
き込みランスは、現状のところでは開示されるには至っ
ていない。

【００１６】そこで本発明では微粉炭の燃焼率を極限ま
で高めながら、かつ羽口内圧損低減と羽口先へのアッシ
ュの付着防止ならびにランス先端の溶損やランス内にお
ける微粉炭のコーキング現象の起こらない微粉炭吹き込
み羽口を提供することを目的とする。

【００１７】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に発明者らは鋭意検討を重ねた結果、高炉の羽口に複数
の微粉炭吹き込みランスを内蔵し、前記ランスの先端は
羽口先端から０〜１００ｍｍの羽口内の位置に、羽口内
面から０〜５０ｍｍ突出させて設置し、かつ、ランスの
中心軸の延長線が相互に交差しないように配設した羽口
を用いることにより上記目的を達成できることを見い出
した。

【００１８】ここで内蔵するランスの数は３本以上５本
以下とするのが好適である。３本未満では上記のような
燃焼率の向上効果が顕著に現れないためであり、５本超
えでは一本当たりのランス径が細くなり、微粉炭の詰ま
りや配管摩耗を起こし易くなるためである。

【００１９】羽口に内蔵されるランスは、羽口の内部に
パイプ状の導管を一体成形して、その内部に例えばステ
ンレス、アルミナなどの耐摩耗性に優れた材質のランス
を外部から挿入する。

【００２０】ランスを羽口先端から羽口内に０〜１００
ｍｍ位置への設置に限定した理由は、羽口内に０ｍｍ未
満だと実質的にランスはレースウェイ内に突出するので
輻射熱による微粉炭のコーキングや滴下溶銑滓による熱
衝撃によるランスの破損が問題になるためであり、羽口
内面から１００ｍｍ超えでは羽口先へのアッシュの付着
や圧損上昇の問題が避けられないためである。

【００２１】羽口内面から突出長さを０〜５０ｍｍとし
た理由は、０ｍｍ未満ではランス先端から羽口内面まで
の間の導管部の摩耗が生じるためであり、５０ｍｍ超え
では羽口の冷却効果がランス先端まで及ばないためラン
ス先端の溶損やランス先端で微粉炭のコーキングを発生
するためである。

【００２２】さらに、ランスの中心軸の延長線が相互に
交差しないように配設する。このようにすることにより
吹き込まれた微粉炭が互いに干渉しないので、分散性が
さらに向上し、燃焼率を飛躍的に向上させることができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２４】図１は本発明の微粉炭吹き込み羽口の概要
図である。図２は図１のＸ−Ｘ断面図で、（ａ）は羽口
内に３本のランスを配置した図で、（ｂ）は羽口内に４
本のランスを配置した図で、（ｃ）は羽口内に５本のラ
ンスを配置した図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）とも
にランスの中心軸の延長線が相互に交差しないようにな
っている。

【００２５】図１に示すように羽口１は外筒が銅鋳物か
ら構成され、その内部は冷却水が流通している。羽口１
に内蔵されるランス２は、羽口１の内部にパイプ状の導
管を一体成形して、例えばステンレス、アルミナなどの
耐摩耗性に優れた材質のランス２を外部から挿入する。
ランス２は羽口１先端から羽口先端に０〜１００ｍｍ
（図１の長さＬ）の位置に配置され羽口内面から０〜５
０ｍｍ（図１の長さｌ）突出させて設置されている。

【００２６】

【実施例】図３に示すような微粉炭燃焼実験炉で燃焼実
験を行った。

【００２７】１は羽口、２はランス、３はブローパイ
プ、４はコークス充填層、５は微粉炭切出しホッパー、
６は微粉炭供給管、７は観察孔、８はプローブ挿入ガイ
ド管、９は圧力ゲージ、１０はレースウエイ、１１は微
粉炭燃焼炉である。

【００２８】燃焼実験には内径９０φのブローパイプ３
と、ステンレス製（ＳＵＳ３０４）の４本のランス（２
−ａ，２−ｂ，２−ｃ，２−ｄ）を内蔵させた銅製の内
径６５φの羽口１からなる微粉炭吹き込み系を用いた。
羽口１の断面内のランス設置の状況は図２（ｂ）と同一
とした。ランス２の先端から羽口１先端までは５０ｍｍ
（Ｌ＝５０ｍｍ）とした。ランス２の突出長さは０ｍｍ
（ｌ＝０ｍｍ）、すなわちランス２先端位置と羽口面と
一致させた。ランス２の内径は８ｍｍφ、ランス２の中
心軸と羽口１の面とのなす角度は３０°とした。

【００２９】燃焼実験に使用した石炭の工業分析値を表
１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】石炭の粒度は−７４μｍ、８０％である。
実験ではまず、ブローパイプ３にＬＰＧと酸素濃度が２
１％になるように酸素を混入して調整した疑似空気を３
５０Ｎｍ³送風し、羽口先温度を１２００℃に昇温し
た。１２００℃で安定したところで微粉炭切出しホッパ
ー５から微粉炭を６５ｋｇ／ｈで切り出し、１２Ｎｍ³
／ｈの窒素ガスをキャリアとして微粉炭供給管６によっ
て供給し、ランスの手前で４つに分岐した後、各ランス
に接続した。本条件における酸素過剰係数は０．７８と
計算され、実高炉の微粉炭吹き込み量換算で２００ｋｇ
／ｔに相当する。燃焼実験時間は５時間とした。微粉炭
吹き込み前後に羽口の反対側に設置した観察孔７から常
時アッシュの付着状況をモニターしたが、５時間たって
もアッシュが羽口内に付着する兆候は全く認めれなかっ
た。また、実験中はブローパイプ内の圧力と排ガス圧力
をレコーダーで記録すると共に、プローブ挿入ガイド管
８からサンプリングプローブを挿入し、羽口先端から５
０ｍｍおきに３５０ｍｍまでのレースウェイ１１内の各
位置でダストの採取を行い、レースウェイ１１の深さ方
向の燃焼率分布を求めた。

【００３２】まず、微粉炭吹き込み時間とブローパイプ
内の圧力と排ガス圧力との差圧の変化を図４の実線で示
す。微粉炭吹き込み直後に急速な圧力の立ち上がりが認
められるが、この部分が微粉炭燃焼に伴う圧力損失分と
考えられ、約１５０ｍｍＨ₂Ｏの上昇に相当している。

【００３３】次に、羽口先端からの距離と燃焼率の関係
を図５の○で示すが、吹き込み後燃焼率は急速に向上
し、レースウェイ先端で燃焼率は７５％まで向上し、高
燃焼性を反映している。

【００３４】実験終了後、ランスの内面を点検した所、
微粉炭のコーキングやアッシュの付着等は全く観察され
なかった。

【００３５】

【比較例１】実施例１のランス内蔵型羽口を別の羽口に
変更し、図６のように微粉炭吹き込みランスをブローパ
イプ上下部に斜めに設けられたランスガイド管１２から
２本のランス（２−ａ，２−ｂ）が対称になるようにセ
ットした。なお図６においては図３と共通のものは同じ
符号を付して説明を省く。ランス先端位置は羽口先端か
ら１５０ｍｍ（Ｌ＝１５０ｍｍ）とした。その他の送風
条件、微粉炭炭種、微粉炭吹き込み条件および測定項目
は実施例と同一とした。

【００３６】微粉炭吹き込みに伴うブローパイプおよび
排ガスの差圧の変化を図４の点線で示す。微粉炭燃焼に
伴う圧力損失は、約２７０ｍｍＨ₂Ｏであり、実施例の
場合よりも上昇幅が大きいことが分かる。

【００３７】次に、燃焼率の径方向の推移を図５の●で
示すが、吹き込み後の燃焼率の上昇率は実施例に場合よ
りも小さく、レースウェイ中間部からは頭打ちとなっ
た。またレースウェイ先端での燃焼率は６１％であり、
実施例よりも低下した。これは、比較例１では実施例に
比較して微粉炭の分散性が改善されなかったため熱風と
の接触効率が低くなったことに起因すると考えられる。

【００３８】実験終了後、ランスの内面には微粉炭のコ
ーキングやアッシュの付着等は観察されなかったが、羽
口内面には微粉炭アッシュが約２ｍｍの厚さで付着して
いた。

【００３９】

【比較例２】実施例のランス内蔵型羽口におけるランス
先端を羽口内面から５５ｍｍ突出させ（Ｌ＝５０ｍｍ，
ｌ＝５５ｍｍ）て実施例と同様な実験を行った。その結
果、微粉炭燃焼に伴う圧力損失は実施例の場合とほとん
ど同一であった。しかし、実験開始約２時間後より微粉
炭切出しホッパー５に取り付けた圧力ゲージ９の指示値
が急激に上昇し、ホッパー５の耐圧である１ｋｇ／ｃｍ
²を越えそうになったため、実験の中断を余儀なくされ
た。実験終了後、ランス内面を点検したところ、先端部
分はコークス状の微粉炭によってほとんど閉塞してい
た。ホッパー内圧力の上昇はこれに伴う微粉炭キャリア
ガスの圧損上昇によることが確認された。従って、ラン
ス先端を羽口内面から突出させすぎると、レースウェイ
からの輻射熱を受けてランスが過熱されるので望ましく
ない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、羽口に複数の微粉炭吹
き込みランスを内蔵させ、ランス先端位置および羽口内
面からの突出長さを適正にコントロールし、かつランス
の中心軸の延長線が相互に交差しないように配置したラ
ンス内蔵型羽口を用いることにより、吹き込み直後の微
粉炭の分散性が向上され、熱風との混合性が改善される
結果、微粉炭の昇温速度および熱分解速度を早めること
ができ、着火位置が早まることから、微粉炭の最終燃焼
率を大幅に向上させることができる。また同時に、羽口
内の圧損低減も実現でき、また羽口先へのアッシュの付
着ならびにランス先端の溶損やランス内微粉炭のコーキ
ングも回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の微粉炭吹き込み羽口の概要図である

【図２】 図１のＸ−Ｘ断面図で、（ａ）は羽口内に３
本のランスを配置した図で、（ｂ）は羽口内に４本のラ
ンスを配置した図で、（ｃ）は羽口内に５本のランスを
配置した図である。

【図３】 本発明の実施例の微粉炭燃焼実験炉の概要断
面図である。

【図４】 吹き込み時間とブローパイプと排ガスの差圧
の関係を示す図である。

【図５】 羽口先端からの距離と燃焼率との関係を示す
図である。

【図６】 比較例の微粉炭燃焼実験炉の概要断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 羽口 ２ ランス ３ ブローパイプ ４ コークス充填層 ５ 微粉炭切出しホッパー ６ 微粉炭供給管 ７ 観察孔 ８ プローブ挿入ガイド管 ９ 圧力ゲージ １０ レースウエイ １１ 微粉炭燃焼炉、 １２ ランスガイド管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高炉の羽口に複数の微粉炭吹き込みランス
   を内蔵し、前記ランスの先端は羽口先端から０〜１００
   ｍｍの羽口内の位置に、羽口内面から０〜５０ｍｍ突出
   させて設置し、かつ、ランスの中心軸の延長線が相互に
   交差しないように配設することを特徴とする微粉炭吹き
   込み羽口。