JPH1112613A - 高炉の微粉炭吹き込み用ランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微粉炭の着火遅れを防止し、高い燃焼率を得
る高炉の微粉炭吹込みランスを提供する。 【解決手段】 高炉羽口に接続するブローパイプ１３の
壁を貫通して微粉炭と酸素または酸素富化空気を同時に
吹込む微粉炭吹込み用ランス１において、中心の微粉炭
吹込み管２の周囲を取り囲むように酸素または酸素富化
空気吹込み用小径管４を複数本配設した高炉の微粉炭吹
き込み用ランス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉に微粉炭と酸
素または酸素富化空気を同時に吹込むための微粉炭吹込
み用ランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭吹込みは、コークスとの価格差に
基づく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、経済性向上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、ますます微粉炭の多量吹込みが指向されるようにな
った。

【０００３】高炉内に吹込む微粉炭量を増していくと、
種々の問題点が顕在化してくるが、その内の一つに未燃
チャーの排出に起因した問題がある。即ち、微粉炭吹込
み量を増すに従い、酸素過剰係数が低下するため微粉炭
の燃焼量（燃焼率）が低下し、レースウエイ内で燃焼し
きれない未燃チャーが炉内に排出される。この未燃チャ
ーは炉下部でソルーションロス反応により優先的に消費
される可能性もあるが、炉内消費量にはおのずと限界値
が存在するので、消費限界値以上にチャーが発生する
と、ダストとして炉頂から排出されて置換率の低下や燃
料比の上昇を招く。加えて、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吹込み操業を実現す
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、このためにはレースウエ
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】通常の微粉炭吹込み操業では、微粉炭吹込
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込む方法が一般的である。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濃度は高く、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の昇温が遅れる。また、燃焼が進
行すると微粉炭周囲の酸素が急激に消費され、微粉炭周
囲は酸素不足の状態となるが、熱風中の酸素が容易に拡
散できないため燃焼率上昇も見込めないという欠点があ
った。

【０００６】このような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
させる方法の開発が行われている。例えば、特開平２−
２１３４０６号公報、特開平６−１００９１２号公報の
記載の方法では、同心２重管ランスの内側に微粉炭、外
側に酸素または、酸素と空気の混合物（酸素富化空気）
を流し、微粉炭周囲の酸素濃度を高めることによって燃
焼速度の向上と酸素不足の問題の解消を図っている。ま
た、特開平１−９２３０４号公報の記載の方法では、酸
素の導入効率を高めるため、ランスを３重管構造として
最外管に冷却水を流し、微粉炭を最内管に流し、その周
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
微粉炭に向かって噴出させる方法を開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２１３４０６号公報、特開平６−１００９１２号公
報の記載の方法では微粉炭を取り囲むようにガス（酸素
あるいは、酸素と空気の混合物）を流すが、高濃度の酸
素と微粉炭がランス出口付近で接触したとしても瞬時に
燃焼が開始するわけでない。なぜなら、ランス出口では
基本的に冷えた物質同士の混合であり、少なくとも着火
点までは微粉炭が加熱される必要があるからである。こ
のためにはブローパイプ壁面からの輻射熱や熱風によっ
て昇温されなければならず、ある程度の移動距離を要す
る。従って、ともすれば、微粉炭の昇温中に導入された
高濃度の酸素が周囲の熱風と急速に混合または拡散によ
って失われ、燃焼率を高める効果が半減してしまう場合
もある。

【０００８】特開平１−９２３０４号公報では酸素を微
粉炭に向かって噴出させるため比較的効率良く微粉炭に
酸素を導入することができるが、酸素は最外管を流れる
冷却水によって冷却されるため、導入酸素自身の冷却効
果により、さらに微粉炭の昇温遅れが発生するという問
題がある。

【０００９】本発明は、微粉炭の着火遅れを防止し、高
い燃焼率を得る高炉の微粉炭吹込みランスを提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を、高
炉羽口に接続するブローパイプの壁を貫通して微粉炭と
酸素または酸素富化空気を同時に吹込む微粉炭吹込み用
ランスにおいて、複数本の酸素または酸素富化空気吹込
み用小径管を、中心の微粉炭吹込み管の周囲を取り囲む
ように、かつブローパイプの熱風中に露出させて配設し
た高炉の微粉炭吹き込み用ランスによって達成する。

【００１１】「作用」中心の微粉炭吹込み管の周囲を取
り囲むように、酸素または酸素富化空気を吹込む複数の
小径管を配設してあるから、各小径管の外周がブローパ
イプの熱風と接触する。従って、熱風から酸素等への伝
熱面積は、従来の２重管型ランスに比べてはるかに大き
くなり、熱風による酸素等の予熱が充分行われる。ま
た、微粉炭吹込み管の外周がブローパイプの熱風と接触
するから、微粉炭の予熱も行われる。

【００１２】従って、ランス出口における微粉炭と酸素
等の混合温度を高くできるので、微粉炭の昇温遅れを防
止することができる。これにより、酸素等が周囲の熱風
と混合または熱風に拡散して、酸素等の濃度が低下する
前に着火させることができるので、導入した酸素を微粉
炭の燃焼に効果的に利用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて以下に説明する。

【００１４】図１は、本発明の微粉炭吹込みランスの縦
断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。微
粉炭吹込みランス１の後部は、内管２と内管２と同心の
外管３からなる２重管から構成されており、その前部
は、内管２と、内管２の外周から一定距離おいて内管２
を囲うように、且つ内管２と同心円周に等角度間隔に配
設された複数本の小径管４から構成されている。ランス
後部の外管３の前端開口は環状の端板３ａにより塞がれ
ている。そして、小径管４の後端は、端板３ａを貫通し
て内管２と外管３の間の空所に連通している。端板３ａ
から前方において、小径管４の長さと内管２の長さは略
同一である。

【００１５】上記微粉炭吹込みランス１において、微粉
炭とキャリアガスが、内管２の中を前方に向かって流
れ、先端から吐出される。また、酸素または、酸素富化
空気が、内管２と外管３の間の空所を経由して複数本の
小径管４の中を前方に向かって流れ、先端から吐出され
る。

【００１６】内管２の前部と小径管４はブローパイプの
熱風中に位置するので、微粉炭は内管２を流れる間に熱
風により予熱され、酸素等は小径管４を流れる間に熱風
により予熱される。

【００１７】なお、着火が速すぎる場合、ともすればラ
ンス先端の溶損が問題になるが、この場合は酸素濃度の
調整または、酸素富化空気の吹込み量の調節で対処する
ことができる。また、小径管の本数、小径管の先端の位
置、材質等は、ランス先端の溶損が起こらないように、
酸素濃度や酸素富化空気の吹込み量に応じて適正に決め
る必要がある。また、小径管のブローパイプ内流路に露
出する長さは５００ｍｍ以上にすることが望ましい。ま
た、小径管は直管に限らず、微粉炭吹込み用内管に螺旋
状に巻き付けるようにしてもよい。また、ランスを同一
ブローパイプに２本以上取り付けてもよい。

【００１８】

【実施例】本発明の微粉炭吹込みランスによる微粉炭の
燃焼実験を、微粉炭燃焼炉を用いて行った。図３は、実
験に使用した微粉炭燃焼炉の模式図である。１０は微粉
炭燃焼炉、１１は微粉炭燃焼炉１０内に充填したコーク
ス、１２は微粉炭燃焼炉１０の下部に取り付けた羽口
（内径６５ｍｍ）、１３は羽口１２に接続されたブロー
パイプ（内径９０ｍｍ）である。１５はブローパイプ１
３の後部に取り付けたランスガイド管である。このラン
スガイド管１５は、ブローパイプに傾斜角１０°で取付
けられている。微粉炭吹込みランス１は、このランスガ
イド管１５に挿入され、その前部がブローパイプ１３の
熱風の流路１３ａに突出するように取付けられる。１４
は、サンプリングプローブ挿入管で、ブローパイプ１３
の先端とランスガイド管の間に３本設けられている。１
６は微粉炭ホッパー、１７は微粉炭の供給管、１８は酸
素または、酸素富化空気の供給管である。

【００１９】実験に使用した本発明の微粉炭吹込みラン
スは、内管の内径が１６ｍｍ、小径管の内径が４ｍｍで
ある。ブローパイプ内の熱風流路に挿入されているラン
スの長さは約２６０ｍｍとした。このときのランスの先
端から羽口先までの距離は、１２００ｍｍであった。

【００２０】燃焼実験に使用した微粉炭の工業分析値を
表１に示す。微粉炭の粒度は、−７４μｍが８０％であ
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】実験は、先ず、ブローパイプ１３にＬＰＧ
の燃焼ガスに酸素を混入して酸素濃度２１％になるよう
に調整した疑似空気３５０Ｎｍ³ ／ｈを送風し、羽口先
温度を１２００℃に昇温した。羽口先温度が１２００℃
に安定したところで、微粉炭ホッパー１６から微粉炭を
６５ｋｇ／ｈで切り出し、１２Ｎｍ³ ／ｈの窒素ガスを
キャリアガスとして供給管１７を介してランス１の内管
２に供給し、同時に、１４Ｎｍ³ ／ｈの酸素を供給管１
８を介してランス１の外管３と内管２の間の流路に供給
し、流路の酸素は８本の小径管４に分岐された。このと
きの酸素富化率は３％、酸素過剰係数は０．７８であ
る。なお、６５ｋｇ／ｈは、実高炉の微粉炭吹込み量換
算で２００ｋｇ／ｔに相当する。

【００２３】微粉炭の燃焼中にサンプリングプローブ挿
入管１４からサンプリングプローブを挿入し、ランス先
端から３００ｍｍ、６００ｍｍおよび、９００ｍｍの各
位置で微粉炭ダストのサンプリングを行った。得られた
ダストを化学分析して燃焼率を求めた。また、外管−内
管の間の流路を途中で分岐しない従来の２重管ランスを
用いて、本発明のランスと同様に、微粉炭吹込み量を６
５ｋｇ／ｈとして実験を行った。

【００２４】図４は、本発明ランスと従来ランスについ
て、ランス先端からの距離による燃焼率の変化を示した
グラフである。従来ランスでは、燃焼率が、がランス先
端から３００ｍｍの位置で５２％、９００ｍｍの位置で
６２％ であった。これに対し、本発明ランスでは、ラ
ンス先端から３００ｍｍの位置で６５％、９００ｍｍの
位置で７５％であった。いずれの位置においても本発明
ランスの方が、従来ランスよりも、燃焼率が１３％向上
している。これは、小径管の表面を介して熱風と酸素の
熱交換が充分行われ、また内管の表面を介して熱風と微
粉炭の熱交換が行われ、酸素と微粉炭が予熱された結
果、ランスから吐出された後着火までの距離（または、
時間）が短くなったためと考えられる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、小径管を介して酸素ま
たは酸素富化空気を熱風により予熱することができるか
ら、微粉炭と酸素富化空気混合後の昇温遅れを防止する
ことができ、着火を従来ランスよりも顕著に早くするこ
とができる。また、微粉炭の着火が速いので、微粉炭の
最終燃焼率を従来ランスよりも大幅に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粉炭吹込みランスの縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】微粉炭の燃焼実験に使用した微粉炭燃焼炉の模
式図である。

【図４】ランス先端からの距離と微粉炭の燃焼率の関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 微粉炭吹込みランス ２ 内管 ３ 外管 ３ａ 端板 ４ 小径管 １０ 微粉炭燃焼炉 １２ 羽口 １３ ブローパイプ １４ サンプリングプローブ挿入管 １５ ランスガイド管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉羽口に接続するブローパイプの壁を
   貫通して微粉炭と酸素または酸素富化空気を同時に吹込
   む微粉炭吹込み用ランスであって、複数本の酸素または
   酸素富化空気吹込み用小径管が、中心の微粉炭吹込み管
   の周囲を取り囲むように、かつブローパイプの熱風中に
   露出するように配設されたことを特徴とする高炉の微粉
   炭吹き込み用ランス。