KR101314443B1

KR101314443B1 - 고로 조업 방법 및 그를 위한 저발열량 가스의 연소 방법과 고로 설비

Info

Publication number: KR101314443B1
Application number: KR1020117024746A
Authority: KR
Inventors: 미노루 아사누마; 다이헤이 노치; 아키오 후지바야시; 아키노리 무라오
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2013-10-07
Also published as: KR20120008035A; CN102459652A; WO2010126171A1; EP2426223B1; EP2426223A1; BRPI1011905A2; EP2426223A4; BRPI1011905B1; CN102459652B

Abstract

공기 또는 산소 부화 공기가 트와이어로부터 고로내에 취입되고, 예열 가스가 샤프트부에 설치된 가스 취입부 (A)로부터 고로내에 취입된다. 가스 취입부 (A)는 가스 연소/취입 장치 (a)를 갖고 있다. 가스 연소/취입 장치 (a)에는 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구가 관형상의 연소실의 내벽면에 형성되어 있다. 상기 연소실의 선단은 고로 내부와 연통하고 있다. 해당 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소 가스가 예열 가스로서 고로내에 취입된다.

Description

고로 조업 방법 및 그를 위한 저발열량 가스의 연소 방법과 고로 설비{BLAST FURNACE OPERATION METHOD, LOW-CALORIFIC-VALUE GAS COMBUSTION METHOD FOR SAME, AND BLAST FURNACE EQUIPMENT}

본 발명은 안정된 저환원재비(low-reducing agent ratio) 조업을 실시하기 위한 고로(高爐, blast furnace) 조업 방법 및 고로 설비, 저(低)발열량 가스의 연소 방법에 관한 것이다.

최근, 탄산 가스 배출량의 증가에 의한 지구 온난화가 문제가 되고 있고, 제철업에 있어서도 배출되는 이산화탄소의 억제는 중요한 과제이다. 이것에 응해, 최근의 고로 조업에서는 저환원재비(low-reducing agent ratio)(저(低) RAR) 조업이 강력하게 추진되고 있다. RAR(Reduction Agent Ratio)은 선철 1톤당의 취입 연료와 로(爐) 꼭대기로부터 장입되는 코크스의 합계량이다.

그렇지만, RAR이 저하되면 원리적으로 송풍량이 저하되고, 이 결과, 샤프트 상부에 있어서는 장입물의 승온(昇溫)이 늦고, 순조로운 환원이 달성되지 않게 된다. 덧붙여서, 아연 화합물 등의 벽 부착이 조장되어, 풍압 변동이나 짐 하강 이상 등의 노황(爐況) 부조(不調)를 초래한다. 또, 로 꼭대기 온도가 100℃미만으로 저하되는 바와 같은 경우에는, 배기 가스중의 수분이 배관내에 응축하는 문제가 생긴다.

통상의 고로 조업에 있어서, 상술한 바와 같은 각종 노황 부조, 특히 노(爐)상부에서의 장입물의 승온 불량을 방지하기 위해서는, 이하와 같은 대책이 취해지는 것이 통례이다.

(a) 산소 부화(富化)율을 낮추고, 가스량을 증가시킨다(열류비를 낮추고, 가스 온도를 상승시킨다).

(b) 미분탄 등의 연료 취입량을 증가시킨다(열류비를 낮추고, 가스 온도를 상승시킨다).

(c) 환원 효율(샤프트 효율)을 낮추고, 환원재비(ratio)를 높게 한다.

그렇지만, 상기 (a)의 대책은 생산량 저하로 연결되기 때문에 바람직하지 않다. 상기 (b)는 취입 능력의 여유값에 의존하지만, 능력 한계 가까이에서 조업하고 있는 제철소에서는 그 증가량에 제약이 있다. 또, 연료 취입량을 증가시킨 경우에는, 보시 가스(bosh gas)량이 늘어나서 생산량을 저하시키기 때문에, 산소 부화를 동시에 실시할 필요가 있다. 그러나, 사용할 수 있는 산소량에도 공급 능력상의 제한이 있다. 상기 (c)는 일부러 효율을 내린 조업을 지향하는 것에 의해, 이산화탄소 삭감에 관한 본래의 목적에 역행한다.

이와 같이, 보통 고로에 있어서 저 RAR 조업을 실행할 경우, 통상의 조업 범위내에서의 조업 조건의 변경에 의해 각종 노황 부조, 특히 노상부의 승온 불량을 회피하는 것은 곤란하다.

한편, 고로 조업에서는 고로 트와이어(tuyere, 羽口)부에서의 코크스의 연소에 의해 발생한 CO 등의 환원 가스를 철광석의 환원에 이용하지만, 그 이용 효율을 높이는 것이 RAR의 저감으로 연결된다.

원래, 고로 가스는 저발열량 가스이지만, 상기와 같이 RAR이 저감되면, 발생하는 고로 가스의 발열량은 한층 저하되게 된다. 또, 철강 제조 프로세스에서는 배기열 회수의 일환으로서, 코크스로(爐)로부터 배출되는 적열 코크스의 현열(顯熱)을 코크스 건식 소화 설비(CDQ)에서 회수하고 있다. CDQ는 불활성 가스로 코크스를 냉각하지만, 회수시의 코크스로부터의 발생 가스도 혼입하고, 300㎉/N㎥정도의 저발열량 가스로서 회수된다.

공업적으로 이용되는 가스 버너는 연료 가스와 연소-지지 가스(combustion-supporting gas)(산소 함유 가스)의 혼합 형식에 의해서, 확산 연소 방식(외부 혼합)의 것과, 예혼합(予混合, premixed) 연소 방식(내부 혼합)의 것으로 크게 나뉘지만, 어느 버너도, 버너 선단보다 전방에서 화염이 형성되는 구조로 되어 있다. 확산 연소 방식(외부 혼합)의 것은 버너 선단에서 연료 가스와 연소-지지 가스를 혼합해서 연소시키는 것이고, 고온의 화염을 얻을 수 있으며, 널리 이용되고 있다. 또, 예혼합 연소 방식의 것은 비교적 짧은 화염을 형성시킬 수 있는 등의 이점을 갖고 있다. 그러나, 이들 종래의 버너는 버너 선단보다 전방에서 화염이 형성되기 때문에, 버너 전방에 넓은 연소용의 공간을 확보할 필요가 있고, 필연적으로 연소 설비가 대형이 된다고 하는 문제가 있다.

종래의 버너에 사용되고 있는 연료 가스로서는, LNG나 프로판가스의 이외에, 철강 제조 프로세스에서 부생(副生)되는 코크스로 가스, 고로 가스, 고로 가스와 전로(轉爐) 가스를 혼합한 MIX가스 등이 있지만, 이들 중, 고로 가스와 같은 저발열량 가스를 단독으로 사용한 경우, 공기비(比)의 변경이나 가스 발열량의 증감에 의해 화염의 안정이 충분하지 않고, 소염(消炎)되는 일도 있다. 그 때문에, 화염의 유지나 연소의 유지를 위해 파일럿(pilot) 버너를 별도 설치하거나, 연료 가스나 연소-지지 가스를 사전에 예열하는 방법이 취해지고 있다. 또, 저발열량 가스를 이용한 경우, 연소 조건에 따라서는, NO_X 등의 유해 물질의 생성량이 증가하거나, 탄화 수소 등의 미(未)연소분이 배출되거나, 매연이 생성되는 등의 문제를 발생시키기 쉽고, 환경 오염원의 하나가 되는 것이 염려된다.

특허문헌 1은 산소 부화율이 10체적％이하의 트와이어 열풍 취입을 실행하는 보통 고로에 있어서 저환원재비 조업을 실행한 경우에, 샤프트 상부에서의 장입물의 승온이 늦는다고 하는 과제를 해결하기 위해, 로 꼭대기 온도가 110℃이하가 된 경우에, 로 꼭대기 가스량의 10체적％이하의 양의 가스를 샤프트 가스로서 샤프트 상부로부터 로내에 취입하고 있다. 또, 특허문헌 1은 로 꼭대기부로부터 배출된 후, 가스 클리닝 장치를 통과한 고로 가스의 일부를 빼내어, 연소로(爐)에서 가열한 후, 상기 샤프트 가스로서 사용하는 것을 공개하고 있다.

특허문헌 3에는 저발열량 가스를 연소시키기 위해, 관형상 화염 버너를 이용하여, 연소 실내에 연료 가스와 산소 함유 가스(연소-지지 가스)를 선회시키면서 도입해서 연소시키는 방법이 나타나 있다. 이 특허문헌 3의 방법은 연소-지지 가스로서 산소 농도가 60vol%이상의 산소 함유 가스를 이용해서, 이론 산소량에 대한 공급 산소량의 비가 1.0∼1.4가 되는 범위에서 실시하는 것이다.

특허문헌 1: 일본국 특개 2008-214735호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개소62-27509호 공보 특허문헌 3: 일본국 특개 2007-271188호 공보

비특허문헌 1: 오노 등, 「철과 강철」 일본 철강 협회 75(1989년), p.1278

특허문헌 1의 방법에서는 고로 가스를 연소로에서 가열(예열)하고 나서 로(爐)내에 취입하는 것이지만, 그 취입 가스는 충분히 예열되고, 또한 취입하는 위치의 로내압(壓)보다 높은 압력을 가질 필요가 있다.

그러나, 순수 산소 송풍을 실행하는 소위 산소 고로 프로세스(예를 들면, 특허문헌 2, 비특허문헌 1 참조)와는 달리, 보통 고로 프로세스에서 발생하는 고로 가스는 저발열량이기 때문에, 연소로에서 원하는 온도까지 승온시키는 것이 어려울 경우가 있고, 예를 들면, 고(高)발열량의 보조 연료를 사용하는 등의 대책이 필요하게 될 경우가 있다. 또, 고로 가스는 저발열량이기 때문에, 통상의 연소로에서는 연소 온도의 편차가 생기기 쉽고, 또 이 때문에, 연소 가스중에 산소가 남아, 로내에 취입되었을 때에 환원중의 철산화물(Fe₃O₄, FeO)을 재산화시켜버리는 문제가 있다. 또, 소정의 로내압을 갖는 고로내에 안정하여 예열 가스를 취입하는 것도 어렵다.

상기 특허문헌 3의 방법에는 이하와 같은 문제가 있다.

(1) 연소-지지 가스로서, 60vol%이상의 산소 농도를 갖는 산소 함유 가스가 필요하지만, 이와 같은 고농도의 산소를 얻기 위해서는, 별도 심랭(low-temperature)분리나 막분리 등의 산소 분리 프로세스가 필요하게 된다.

(2) 저발열량 가스를 고농도의 산소로 연소시킨 경우, 국소적으로 고온으로 되어, 환경상 문제가 되는 서멀(thermal) NO_X의 생성이 염려된다. 또, 연료 가스중에 S분이 함유될 경우에는, SO_X의 생성이 조장된다.

(3) 고농도의 산소를 배관 등으로 도입할 경우, 탈지(脫脂) 처리 등의 실시, 스테인리스제 파이프 등에 의한 배관 및 밸브류의 시공이 필요하게 된다. 이 때문에 고가의 재료가 필요하게 되어, 설비 비용이 높아진다.

본 발명의 제 1 목적은 저(低) RAR 조업시의 노황(爐況) 부조(不調), 특히 노(爐)상부에서의 장입물의 승온 불량을 방지할 수 있는 동시에, 취입 가스로서 고로 가스와 같은 저발열량 가스를 이용할 경우라도, 이것을 안정하여 연소시켜 예열 가스로 할 수 있고, 또한 그 예열 가스를 소정의 로내압을 갖는 고로내에 안정하여 취입할 수 있는 고로 조업 방법 및 고로 설비를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 2 목적은 저발열량 가스를 연소 버너로 연소시킬 경우의 종래 기술의 과제를 해결하고, 연소 버너에 있어서 고산소 농도의 연소-지지 가스를 이용하는 일 없이, 저발열량 가스를 안정하여 연소시킬 수 있는 연소 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 상기 종래 기술의 과제를 해결하기 위해, 특히 예열 가스의 생성/취입 수단을 중심으로 검토를 실행한 결과, 종래, 가열로(爐)나 연소 기기에 사용되고 있는 관형상 화염 버너의 방식을 이용한 가스 연소/취입 장치를 샤프트부에 설치하고, 이 가스 연소/취입 장치의 연소 가스를 예열 가스로서 로내에 취입하는 것으로 의해, 고로 가스와 같은 저발열량 가스를 이용하는 경우라도, 이것을 안정하여 연소시켜 예열 가스로 할 수 있고, 또한 그 예열 가스를 소정의 로내압을 갖는 고로내에 안정하여 취입할 수 있는 것을 발견했다.

본 발명은 이와 같은 지견(知見)에 의거하여 실시된 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어(tuyere, 羽口)로부터 고로내에 취입하는 고로 조업 방법에 있어서,

예열 가스를 샤프트부에 설치된 가스 취입부 (A)로부터 고로내에 취입하는데에 있어서, 연소실내에서 가스 선회류(旋回流)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 가스 취입부 (A)를 구성하고, 해당 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.

(2) 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)를 구성한 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 고로 조업 방법.

(3) 가스 연소/취입 장치 (a)에 공급되는 연료 가스가 고로 가스인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 고로 조업 방법.

(4) 연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 고로 조업 방법.

(5) 가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실내의 가스류(流)의 스월 (swirl)수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 고로 조업 방법.

(6) 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 고로 조업 방법.

(7) 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단을, 가스 도관을 통해 고로 내부와 연통시키는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 고로 조업 방법.

(8) 가스 도관이 헤더(header) 관이고, 해당 헤더 관에는 노체(爐體)에 형성된 복수의 가스 취입구가 연락 관(管)을 통해 접속되는 동시에, 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단이 접속되는 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 고로 조업 방법.

(9) 상기 연소 가스의 고로내로의 취입이, 연료 가스로서 발열량이 1000㎉/N㎥이하의 가스를 이용하는 동시에, 연소실에 취입되기 전의 연료 가스 또는/및 연소실에 취입된 연료 가스에 수소를 첨가해서 연소시키고, 그 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 고로 조업 방법.

(10) 상기 연료 가스가 CO를 함유하는 연료 가스이고, 상기 수소가 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(11) 상기 연료 가스와 연소-지지 가스 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스가, 가스 연소/취입 장치 (a)의 축선방향으로 병렬로 설치된 복수의 노즐 관으로부터 취입되는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(12) 상기 연료 가스가 고로 가스인 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(13) 연소실의 내벽면에 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(14) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(15) 연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 (13) 또는 (14)에 기재된 고로 조업 방법.

(16) 가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(17) 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 고로 조업 방법.

(18) 상기 연소 가스의 고로내로의 취입이, 연료 가스로서 고로 가스를 이용하는 동시에, 연소실에 취입되기 전의 고로 가스 또는/및 연소실에 취입된 고로 가스에 수소를 첨가해서 연소시키고, 그 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것으로 이루어지는 (1) 또는 (2)에 기재된 고로 조업 방법.

(19) 상기 연료 가스가 고로 가스이고, 상기 수소가 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(20) 연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(21) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(22) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(23) 연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(24) 가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(25) 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 (18)에 기재된 고로 조업 방법.

(26) 공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어로부터 고로내에 취입하는 고로에 있어서,

가스 취입부 (A)를 샤프트부에 설치하고, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 가스 취입부 (A)를 구성하고, 해당 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소 가스가 고로내에 취입되도록 한 것을 특징으로 하는 고로 설비.

(27) 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)를 구성한 것을 특징으로 하는 (26)에 기재된 고로 설비.

(28) 고로의 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 유로(流路)로부터 고로 가스의 일부를 빼내고, 가스 연소/취입 장치 (a)에 공급하기 위한 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 (26)에 기재된 고로 설비.

(29) 가스 연소/취입 장치 (a)에 공급되는 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 승압(昇壓)하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 승압하기 위한 승압기를 구비하는 것을 특징으로 하는 (26)에 기재된 고로 설비.

(30) 가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 (26)에 기재된 고로 설비.

(31) 가스 연소/취입 장치 (a)는 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 (26)에 기재된 고로 설비.

가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단을, 가스 도관을 통해 고로 내부와 연통시키는 것을 특징으로 하는 (26)에 기재된 고로 설비.

(33) 가스 도관이 헤더 관이고, 해당 헤더 관에는 노체에 형성된 복수의 가스 취입구가 연락 관을 통해 접속되는 동시에, 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단이 접속되는 것을 특징으로 하는 (32)에 기재된 고로 설비.

다음에, 본 발명자들은 상기 제 2 과제를 해결하기 위해 검토를 실행한 결과, 1000㎉/N㎥이하(특히, 800㎉/N㎥이하)의 저발열량 가스를 안정 연소시키기 위해서는, 관형상 화염 버너를 이용하는 동시에, 연료 가스에 수소를 첨가하는 것이 유효한 것을 발견했다.

또, 상기 제 2 과제를 해결하기 위해, 특히 예열 가스의 생성/취입 수단을 중심으로 검토를 실행한 결과, 종래, 가열로나 연소 기기에 사용되고 있는 관형상 화염 버너의 방식을 이용한 가스 연소/취입 장치를 샤프트부에 설치하고, 이 가스 연소/취입 장치의 연료 가스로서 이용하는 저발열량 가스에 수소를 첨가하고, 그 연소 가스를 예열 가스로서 로내에 취입하는 것에 의해, 고로 가스 등과 같은 저발열량 가스를 안정하여 연소시켜 예열 가스로 할 수 있고, 또한 그 예열 가스를 소정의 로내압을 갖는 고로내에 안정하여 취입할 수 있는 것을 발견했다.

(34) 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성한 연소 버너에 있어서, 발열량이 1000㎉/N㎥이하의 가스를 연료 가스로서 이용할 때에, 연소실에 취입되기 전의 연료 가스 또는/및 연소실에 취입된 연료 가스에 수소를 첨가하는(단, 수소 함유 가스로서 첨가하는 경우를 포함함) 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(35) 상기 가스 취입부 (A)를, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)로 구성한 (34)에 기재된 저발열량 가스의 연소 방법.

(36) CO를 함유하는 연료 가스에, 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(37) 연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(38) 연료 가스가 고로 가스인 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(39) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(40) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(41) 연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(42) 연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(43) 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 (34)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(44) 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성한 연소 버너에 있어서, 고로 가스를 연료 가스로서 이용할 때에, 연소실에 취입되기 전의 고로 가스 또는/및 연소실에 취입된 고로 가스에 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(45) 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)를 구성한 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(46) 고로 가스에, 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(47) 연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(48) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(49) 연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(50) 연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(51) 연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

(52) 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 (44)에 기재된 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.

본 발명에 의하면, 보통 고로의 조업에 있어서, 저(低) RAR 조업시의 노(爐)상부에서의 장입물의 승온 불량을 방지할 수 있는 동시에, 로(爐) 꼭대기 온도 저하에 의한 수분 응축이나 아연 화합물의 벽 부착 등도 효과적으로 억제할 수 있으므로, 저 RAR 조업을 안정적으로 실시할 수 있다. 또한, 가스 취입부를 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치로 구성하는 것에 의해, 취입 가스로서 고로 가스와 같은 저발열량 가스를 이용할 경우라도, 이것을 안정하여 연소시켜 예열 가스로 할 수 있고, 또한 그 예열 가스를 소정의 로내압을 갖는 고로내에 안정하여 취입할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법에 의하면, 고로 가스나 CDQ로부터 회수된 가스 등과 같은 저발열량 가스를 안정적으로 연소시킬 수 있고, 저발열량 가스를 연료로서 유효 이용할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 1실시형태를 모식적으로 나타내는 설명도
[도 2] 도 1의 실시형태에 있어서, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a의 1실시형태를 나타내는 부분 절단(cutaway) 평면도
[도 3] 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도
[도 4] 도 1의 실시형태에 있어서, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a의 다른 실시형태를 나타내는 부분 절단 평면도
[도 5] 도 4의 가스 연소/취입 장치 a를 부분적으로 나타내는 저면도
[도 6] 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도
[도 7] 도 4의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도
[도 8] 실시예의 연소 시험에서 이용한 시험 장치를 나타내는 설명도
[도 9] 실시예에서 실행한 연소 시험에 있어서의 연소실내 압력과 유효열 이용률의 관계를 나타내는 그래프
[도 10] 본 발명에서 사용되는 가스 연소/취입 장치 a에 있어서, 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
[도 11] 본 발명에서 사용되는 가스 연소/취입 장치 a에 있어서, 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
[도 12] 도 12a는 본 발명에 있어서의 가스 취입부 A의 배치 형태의 일례를, 노체(爐體)를 수평 단면한 상태에서 모식적으로 나타내는 설명도, 도 12b는 본 발명에 있어서의 가스 취입부 A의 배치 형태의 다른 예를, 노체를 수평 단면한 상태에서 모식적으로 나타내는 설명도, 도 12c는 본 발명에 있어서의 가스 취입부 A의 배치 형태의 다른 예를, 노체를 수평 단면한 상태에서 모식적으로 나타내는 설명도
[도 13] 본 발명에서 사용되는 연소 버너의 1실시형태를 나타내는 부분 절단 평면도
[도 14] 도 13의Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도
[도 15] 본 발명에서 사용되는 연소 버너의 다른 실시형태를 나타내는 것이며, 도 13과 동등한 단면선을 따른 단면도
[도 16] 본 발명에서 사용되는 연소 버너의 다른 실시형태를 나타내는 부분 절단 평면도
[도 17] 도 16의 연소 버너를 부분적으로 나타내는 저면도
[도 18] 도 16의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도
[도 19] 도 16의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도
[도 20] 본 발명의 고로 조업 방법의 1실시형태를 모식적으로 나타내는 설명도
[도 21] 본 발명에서 사용되는 연소 버너에 있어서, 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
[도 22] 본 발명에서 사용되는 연소 버너에 있어서, 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
[도 23] 본 발명에서 사용되는 연소 버너의 1실시형태를 나타내는 부분 절단 평면도
[도 24] 도 23의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도
[도 25] 본 발명에서 사용되는 연소 버너의 다른 실시형태를 나타내는 것이며, 도 24와 동등한 단면선을 따른 단면도
[도 26] 본 발명에서 사용되는 연소 버너의 다른 실시형태를 나타내는 부분 절단 평면도
[도 27] 도 26의 연소 버너를 부분적으로 나타내는 저면도
[도 28] 도 26의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도
[도 29] 도 26의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도
[도 30] 본 발명의 고로 조업 방법의 1실시형태를 모식적으로 나타내는 설명도
[도 31] 본 발명에서 사용되는 연소 버너에 있어서, 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
[도 32] 본 발명에서 사용되는 연소 버너에 있어서, 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내는 설명도

[실시형태 1]

본 발명은 공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어 송풍하는 고로 조업, 즉 보통 고로의 조업을 대상으로 한다. 산소 부화 공기를 트와이어 송풍하는 경우에는, 통상, 산소 부화율 20체적％이하, 바람직하게는 10체적％이하에서의 조업이 실행된다. 또한, 산소 부화율이 증가하는 것에 따라 로(爐)내를 통과하는 가스량이 줄어들고, 샤프트 상부를 승온하기 위해 필요한 취입 가스량이 대폭으로 증가하기 때문에, 이 점으로부터도 상기와 같은 산소 부화율에서의 조업이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 1실시형태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도면에 있어서, 20은 고로, 21은 그 트와이어이고, 이 트와이어(21)로부터 열풍과 보조 환원재(예를 들면, 미분탄, LNG 등)가 로내에 취입된다.

고로(20)의 로(爐) 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스(로 꼭대기 가스)는 가스 청정 장치인 집진기(22)에서 먼지가 제거되고, 동일하게 미스트 세퍼레이터(23)에서 수분이 제거된 후, 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)로 이끌어져, 로 꼭대기 가스의 압력이 전기(電氣)로서 회수된 후, 계외(系外)로 이끌어진다.

본 발명에서는 샤프트부(바람직하게는 샤프트 중부∼상부)에 설치된 가스 취입부 A로부터 고로내에 가스를 취입한다. 이와 같이 해서 가스를 로내에 취입하는 주된 목적은 저(低) RAR 조업에 의한 송풍량의 저하를 보충하고, 노(爐)상부에서의 가스 유량을 확보하기 위해서이지만, 쓸데없이 로 꼭대기 가스 온도를 저하시키는 바와 같은 온도의 가스를 취입하는 것은 발명의 주지에 어긋나므로, 취입 가스로서는 예열 가스를 이용한다.

이와 같이 가스 취입부 A로부터 예열 가스를 고로내에 취입하는데에 있어서, 본 발명에서는 가스 취입부 A를, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류(旋回流)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스 (combustion-supporting gas)를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합(予混合, premixed) 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 a로 구성하고, 이 가스 연소/취입 장치 a의 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것이다.

이와 같은 가스 연소/취입 장치 a의 기본 구조는 예를 들면, 일본국 특개11-281015호 공보에 나타나는 바와 같은 관형상 화염 버너로서 알려진 것이다. 그러나, 이 관형상 화염 버너는 가열로나 연소 기기용으로서 개발되고, 사용되어 온 것이며, 고로의 가스 취입 수단에 적용하는 것에 대해서는, 전혀 검토되고 있지 않았다. 또, 최근의 고로 조업은 고압 조건으로 실행되고, 예열 가스는 취입 위치의 로내압보다 높은 압력으로 승압(昇壓)해서 취입할 필요가 있지만, 관형상 화염 버너는 상압 상태에서의 사용을 전제로 하고 있고, 상기와 같은 압력 조건 하에서 사용하는 것에 대해서도, 전혀 검토되고 있지 않았다. 이것에 대해 본 발명에서는 고로 가스 등의 저발열량 가스를 연소시켜 예열하고, 이것을 고로의 샤프트부로부터 로내에 취입하는 수단으로서, 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a가 대단히 뛰어난 기능을 갖는 것을 발견한 것이다.

도 1의 실시형태에서는 로 꼭대기부로부터 배출된 후, 가스 청정 장치(집진기(22) 및 미스트 세퍼레이터(23)), 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)를 거친 고로 가스의 일부를 빼내서, 승압기(25a)에서 승압한 후, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입한다. 고로(20)의 로 꼭대기부로부터 배출되는 고로 가스의 유로(流路)(27) 중, 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측의 유로 부분으로부터, 고로 가스의 일부를 가스 연소/취입 장치 a에 공급하기 위한 유로(28)가 분기(分岐)되어 있다.

또, 가스 연소/취입 장치 a에는 산소나 산소 함유 가스(공기, 산소 부화 공기 등)인 연소-지지 가스가 공급되지만, 이 연소-지지 가스도 승압기(25b)에서 승압한 후, 가스 연소/취입 장치 a에 도입한다. 또한, 가스 연소/취입 장치 a에서 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 이용할 경우에는, 사전에 승압기 (25a, 25b)에서 연료 가스와 연소-지지 가스를 따로따로 승압해도 좋고, 예혼합 가스를 단일의 승압기(25)에서 승압해도 좋다.

도 2 및 도 3은 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a의 1실시형태를 나타내는 것이고, 도 2는 부분 절단(cutaway) 평면도, 도 3은 도 2중의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도이다.

도면에 있어서, 1은 선단이 개방된 관형상(원통형상)의 연소실, 3a는 연료 가스용의 가스 노즐, 3b는 연소-지지 가스용의 가스 노즐이다.

상기 연소실(1)은 그 선단이 노체(爐體)에 설치된 가스 취입구(16)에 접속되는 것에 의해 고로 내부와 연통하고 있다. 이 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면 (100)에는, 연소실내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구(2a, 2b)(노즐 포트(port))가 형성되고, 이들 개구(2a, 2b)에 각각 상기 가스 노즐(3a, 3b)이 접속되어 있다. 상기 개구(2a, 2b)(노즐 포트)는 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류로 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한(diverted) 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(2a, 2b)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하도록 형성되어 있다.

상기 개구(2a, 2b)는 관축 방향을 따른 슬릿형상으로 형성되고, 내벽면 (100)(내주면)에서 180° 대향하는 위치에 설치되어 있다. 이들 개구(2a)와 개구 (2b)는 각각 복수 설치해도 좋고, 그 경우에는 각 개구(2a, 2b)에 대해 가스 노즐 (3a, 3b)이 접속된다.

또한, 이 실시형태에서는 연소실(1)의 선단을 가스 취입구(16)에 직접 접속하는 것에 의해 고로 내부와 연통시키고 있지만, 연소실(10)의 선단을 적당한 가스 도관(예를 들면, 도 12b, 도 12c에 나타내는 바와 같은 헤더 관)을 통해 고로 내부와 연통시켜도 좋다. 이 경우에는, 연소실(1)의 선단으로부터 배출된 연소 가스는 가스 도관을 거쳐 고로내에 취입된다.

여기서, 개구(2a, 2b)(노즐 포트)로부터는, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하면 좋지만, 특히, 가스 선회류가 후술하는 바와 같은 바람직한 스월(swirl)수 Sw(선회를 수반하는 유체(流體)의 흐름에 있어서 선회의 강도를 나타내는 무차원수)의 범위가 되도록, 개구(2a, 2b)로부터의 가스의 취입 방향을 설정하는 것이 바람직하다. 도 10은 개구(2a, 2b)가 형성된 위치에서의 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 이와 같은 연소실(1)의 직경방향 단면에 있어서, 내벽면(100)의 둘레방향에 있어서의 개구(2a, 2b)의 단부 중, 개구 (2a, 2b)로부터 토출해서 선회하는 가스류의 선회(회전) 방향에 있어서의 선단측의 단부를 점 p라고 하고, 이 점 p에 있어서의 내벽면(100)의 접선을 x, 개구(2a, 2b)로부터 토출하는 가스류의 중심선(=가스 노즐(3a, 3b)의 축중심)을 y, 접선 x와 가스류 중심선 y가 이루는 각도를 가스 취입 각도 θ로 한 경우, 이 가스 취입 각도 θ를, 바람직한 스월수 Sw의 범위(Sw: 3∼10)로 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 가스 노즐(3a)의 내경으로부터 산출되는 개구(2a)에서의 연료 가스 속도를 Vf, 가스 노즐(3b)의 내경으로부터 산출되는 개구(2b)에서의 연소-지지 가스 속도를 Va로 한 경우, 접선 x방향에서의 연료 가스 속도 성분 Vf1과 연소-지지 가스 속도 성분 Va1은 이하와 같이 된다.

Vf1=Vf×cosθ

Va1=Va×cosθ

그리고, 이 Vf1, Va1을 개구(2a, 2b)에서의 가스 속도로서 산출되는 스월수 Sw가 소정의 바람직한 범위가 되도록, 가스 취입 각도 θ를 정하는 것이 바람직하다. 스월수 Sw를 구하는 방법은 후술하는 바와 같다.

한편, 가스 연소/취입 장치 a의 구조면으로부터 말하면, 가스 연소/취입 장치 a는 연소실(1)의 내벽면(100)에, 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구(2a, 2b)를 형성한 구조의 것이 바람직하다. 이것은 그와 같은 구조로 해 두면, 가스량이나 가스 속도의 변경이나 변화에 관계없이, 바람직한 스월수 Sw를 실현할 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 가스 취입 각도 θ를 30°이하, 더욱 바람직하게는 10°이하로 하는 것이 바람직하다. 이 가스 취입 각도 θ가 커지면, 가스량이나 가스 속도에 따라서는, 내벽면(100)을 따른 가스 선회류를 적절하게 형성할 수 없게 될 우려가 있다. 본 실시형태, 후술하는 도 4∼도 7의 실시형태에서는 모두 가스 취입 각도 θ≒0°∼5° 정도이다.

이와 같은 가스 연소/취입 장치 a에서는 가스 노즐(3a)에 연소 가스인 고로 가스가, 가스 노즐(3b)에 연소-지지 가스가 각각 공급되고, 이들 연료 가스와 연소-지지 가스는 개구(2a, 2b)(노즐 포트)로부터 연소실(1)내에 취입된다. 이 연료 가스와 연소-지지 가스는 연소실(1)의 내벽면(100)을 따라 선회류를 형성하면서 연소하고, 화염이 형성된다.

또한, 이 가스 연소/취입 장치 a는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 이용해도 좋고, 이 경우에는 연소실(1)의 내벽면(100)에, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 1개이상의 개구(2)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2)에 예혼합 가스 공급용의 가스 노즐(3)이 접속된다. 상기 개구(2)는 도 2 및 도 3의 개구(2a, 2b)와 마찬가지로, 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성되지만, 특히, 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 가스(예혼합 가스)를 취입하도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이 개구(2)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는 앞서 도 10에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

연소-지지 가스로서 공기 등의 산소 함유 가스, 산소 가스를 이용할 수 있지만, 본 발명은 연소-지지 가스로서 공기를 이용할 경우에 특히 유용하다. 연소-지지 가스의 공급량은 안정된 연소 상태를 유지하는데에 필요한 양이다. 연소-지지 가스로서 공기를 이용할 경우, 통상, 공기비(比) 1이상으로 되도록 공급된다. 공기비는 연료의 연소에 필요한 이론적인 공기량과 실제로 공급하는 공기량의 비(실제의 공기량/이론 공기량)이고, 공기비 1에서 연료 가스는 완전 연소하고, CO₂ 및 H₂O가 된다. 공기비가 1미만의 조건에서는 불완전 연소가 되어, 안정된 연소를 계속할 수 없게 된다. 또, 공기비가 과잉한 경우에는 희박 연소가 되어, 이 경우도 안정된 연소 상태를 유지할 수 없다. 따라서, 통상은 공기비 1.0∼1.5의 범위에서 연소-지지 가스를 공급하는 것이 바람직하다.

연료 가스와 연소-지지 가스의 노즐(개구)로부터의 분출 속도에 특별히 제한은 없지만, 양자는 동일 정도의 속도인 것이 바람직하다.

이상과 같은 가스 연소/취입 장치 a에 있어서, 가스 노즐(3a, 3b) 및 개구 (2a, 2b)로부터 연소실(1)내에 취입되어 선회류를 형성하는 연료 가스와 연소-지지 가스(또는 양자의 예혼합 가스)는 가스의 밀도차에 의해서 층이 나뉘고, 화염의 양측에 밀도가 다른 가스층이 생긴다. 즉, 선회 속도가 작은 축심측에는 고온의 연소 배기 가스가 존재하고, 선회 속도가 큰 내벽면(100)측에는 미연소의 가스가 존재하도록 된다. 또, 내벽면(100) 근방에서는 선회 속도가 화염 전파 속도를 상회하고 있기 때문에, 화염은 내벽면 근방에 머무를 수는 없다. 이 때문에, 연소실 (1)내에는 관형상의 화염이 안정적으로 생성된다. 또, 연소실(1)의 내벽면 부근에는 미연소의 가스가 존재하고 있으므로, 연소실(1)의 내벽면이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일은 없다. 그리고, 연소실(1)내의 가스는 선회하면서 선단측으로 흐르지만, 그 동안, 내벽면(100)측의 가스가 순차 연소해서 축심측으로 이동하고, 연소 가스가 개방된 선단으로부터 배출되고, 가스 취입구(16)를 통해 고로내에 취입된다.

도 4∼도 7은 본 발명에서 사용되는 가스 연소/취입 장치 a의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, 도 4는 가스 연소/취입 장치 a의 부분 절단 평면도, 도 5는 가스 연소/취입 장치 a를 부분적으로 나타내는 저면도, 도 6은 도 4중의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도, 도 7은 도 4중의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도이다.

도 4∼도 7의 실시형태에서는, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐(3b)이, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성되어 있다. 이와 같이 가스 노즐(3a, 3b)을 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것은 후술하는 바와 같이, 가스 노즐(3a, 3b)에 의해서 연소실 (1)내에서 적절한 선회류가 형성되도록 하면서, 스월수 Sw를 소정의 바람직한 범위로 하기 위해서이다.

도 2 및 도 3의 실시형태와 마찬가지로, 상기 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에는, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구 (2a, 2b)(노즐 포트)가 형성되지만, 이들 개구(2a, 2b)도 각각 복수의 개구(200a, 200b)로 구성되어 있다. 그리고, 각 개구(200a)에 각각 상기 노즐 관(300a)이 접속되고, 각 개구(200b)에 각각 상기 노즐 관(300b)이 접속되어 있다. 상기 개구 (200a, 200b)는 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(10)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(200a, 200b)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하도록 형성되어 있다.

또, 상기 가스 노즐(3a, 3b)(개구(2a, 2b))보다 연소실 선단쪽의 위치에는, 연소 가스를 희석해서 그 온도 및/또는 조성을 조정하는 희석 가스를 연소실(1)내에 공급하기 위한 가스 노즐(14)이 설치되어 있다. 이 가스 노즐(14)은 연소 가스를 희석하는 가스를 공급하는 것이기 때문에, 연소실(1)내에서의 가스 연소를 방해하지 않는 위치에 설치하면 좋고, 연소실 긴쪽 방향에서의 설치(접속) 위치에 특별한 제한은 없지만, 본 실시형태에서는 연소실 긴쪽 방향의 중앙 위치보다 연소실 선단쪽의 위치에 설치되어 있다.

가스 노즐(14)은 단일의 노즐 관으로 구성해도 좋지만, 본 실시형태에서는 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(140)으로 구성되어 있다. 가스 노즐(14)이 설치되는 위치의 연소실(1)의 내벽면(100)에는 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록, 동일 내벽면의 대략 접선방향으로 희석 가스를 취입하기 위한 개구(15)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구 (15)에 상기 가스 노즐(14)이 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 개구(15)는 복수의 개구(150)로 구성되고, 각 개구(150)에 각각 상기 노즐 관(140)이 접속되어 있지만, 개구(15)를 관축 방향을 따른 슬릿형상의 단일의 개구로 하고, 이것에 단일의 가스 노즐(14)을 접속해도 좋다. 또한, 이 희석 가스용의 개구(15)는 반드시 연소실(10)내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하는 바와 같은 구조로 하지 않아도 좋다.

도 4∼도 7에 나타내는 실시형태의 가스 연소/취입 장치 a의 다른 구조, 기능은 도 2 및 도 3에 나타내는 실시형태의 가스 연소/취입 장치 a와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

또, 상기 개구(200a, 200b)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면 (100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는 앞서 도 10에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

또한, 이 실시형태에서도, 연소실(1)의 선단을 가스 취입구(16)에 직접 접속하는 것에 의해 고로 내부와 연통시키고 있지만, 연소실(1)의 선단을 적당한 가스 도관(예를 들면, 도 12b, 도 12c에 나타내는 바와 같은 헤더 관)을 통해 고로 내부와 연통시켜도 좋다. 이 경우에는, 연소실(1)의 선단으로부터 배출된 연소 가스는 가스 도관을 거쳐 고로내에 취입된다.

본 발명에서 사용하는 가스 연소/취입 장치 a에서는 연소실(1)내에서 고온의 연소 가스가 발생하고, 예를 들면, 고로 가스의 이론 연소 온도는 공기비 1.0이고 약 1300℃가 된다. 이와 같은 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입할 경우, 취입된 연소 가스중의 CO₂에 의해서 로내의 코크스가 소비되고, 또는 로내에서 환원된 철광석(마그네타이트)이 재(再)산화되는 일이 없도록, 연소 가스를 희석해서 그 온도나 조성을 관리하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 그와 같은 목적으로, 연소 가스의 온도 및/또는 조성을 조정하기 위한 희석 가스를 가스 노즐(14)로부터 연소실(1)내에 공급한다.

사용하는 희석 가스의 종류는 연소 가스에 첨가하는 목적(가스 온도 조정 및/또는 가스 조성 조정)에 따라 적절히 선택하면 좋지만, 연소 가스의 조성을 조정한다고 하는 면으로부터는 CO, H₂ 등의 환원 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고로 가스, 전로 가스, 코크스로(爐) 가스 등의 1종 이상을 이용할 수 있고, 특히, 고로 가스의 일부를 빼내서 희석 가스로서 이용하는 것이 바람직하다.

또, 고로내에 취입하는 예열 가스의 온도는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상, 1000℃이하가 바람직하므로, 이와 같은 예열 가스 온도가 되도록 희석 가스의 온도와 공급량이 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 가스 노즐을 갖는 가스 연소/취입 장치 a에 대해서도, 그 가스 노즐을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성할 수 있다. 또, 이 가스 연소/취입 장치 a에 있어서도, 상기와 같은 희석 가스용의 가스 노즐(14)과 개구(15)를 설치할 수 있다.

본 발명법에서는 연소실(1)내에서의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10의 범위로 하는 것이 바람직하다. 스월수는 선회를 수반하는 유체의 흐름에 있어서 선회의 강도를 나타내는 무차원수이고, 스월수가 클수록 선회가 강한 흐름으로 된다. 스월수가 지나치게 작으면 연료 가스와 연소-지지 가스의 혼합이 불충분하게 되어, 연료 가스의 착화가 안정되지 않게 되며, 한편, 지나치게 크면 연소 화염이 블로오프(blown off) 되는 경우가 있다. 이상의 관점으로부터, 스월수 Sw는 3∼10의 범위가 바람직하다.

스월수 Sw는 이것을 산출하기 위한 공지의 기본식에 따라, 사용하는 가스 연소/취입 장치 a의 형식이나 그 사용 형태에 따른 식으로 산출할 수 있고, 예를 들면, 도 2 및 도 3의 실시형태와 같은, 연료 가스 취입용의 개구(2a)와 연소-지지 가스 취입용의 개구(2b)를 갖는 가스 연소/취입 장치 a를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에서 의해 구할 수 있다.

또, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 갖는 가스 연소/취입 장치 a를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에 의해 구할 수 있다.

스월수 Sw를 상기와 같은 바람직한 범위로 하는데에 있어서, 도 4∼도 7의 실시형태와 같이, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐 (3b)을, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것이 바람직하다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다. 예를 들면, 연소실 내경: 50㎜, 고로 가스량: 30N㎥/h(가스 밀도: 1.34㎏/N㎥), 공기량: 21.4N㎥/h(가스 밀도: 1.29㎏/N㎥), 공기비: 1.1, 고로의 로(爐)내압: 245㎪라고 하는 조건의 경우, 가스 노즐(12a, 12b)이 각각 단일(1개)의 노즐 관으로 구성된다고 하면, 스월수 Sw가 3으로 되는 노즐 관의 내경(원(圓)환산의 내경. 즉, 노즐 관 내부의 단면적을 원의 면적으로 환산했을 때의 해당 원의 직경. 이하, 「노즐 관의 내경」이라고 할 경우에는, 동등한 의미로 함.)은 가스 노즐(3a)이 21㎜(개구(11a)에서의 연료 가스 속도: 7㎧), 가스 노즐(3b)이 21㎜(개구(2b)에서의 연소-지지 가스 속도: 5㎧)가 된다. 그러나, 이와 같이 가스 노즐(3a, 3b)을 단일의 노즐 관으로 구성한 경우에는, 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면에 있어서, 노즐 관의 내경이 연소실 내경의 약 4/10가 되어, 연료 가스 및 연소-지지 가스 모두 연소실 중심방향(축심)으로의 흐름이 증가하고, 양호한 선회류가 형성되기 어려워진다. 이 때문에 축심측에 존재하는 고온 연소 배기 가스가 냉각될 우려가 있고, 본 발명의 효과가 저하될 가능성이 있다. 도 11은 개구(2a, 2b)가 형성된 위치에서의 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내고 있고, 연소실(1)의 반경을 R, 연소실 직경방향에서의 가스 노즐(3a, 3b)의 내부폭 또는 실제 내경을 t라고 했을 때, 개구(2a, 2b)로부터 취입되는 가스류의 중심 위치(=가스 노즐(3a, 3b)의 축중심)는 연소실(1)의 중심으로부터 거리 (R-t/2)의 위치에 있다. 여기서, R에 대해 t가 커지면, 연소실 중심방향(축심)으로의 흐름이 증가해서 양호한 선회류가 형성되기 어려워지고, 관형상 화염이 관벽으로부터 떨어진 위치에 형성되어 연소가 불안정하게 되기 쉽다. 이와 같은 관점으로부터 (R-t/2)/R≥0.8이 바람직하지만, 상기의 예에서는 이 바람직한 조건으로부터 벗어나 버린다.

이것에 대해, 가스 노즐(3a, 3b)을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관 (300a, 300b)으로 구성한 경우에는, 노즐 관 1개당의 내경이 작아지므로, 상기와 같은 문제가 생기기 어렵고, 스월수 Sw를 바람직한 범위로 하면서, 양호한 선회류를 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐(3b)은, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것이 바람직하다. 동일한 이유에서, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 가스 노즐을 갖는 가스 연소/취입 장치 a에 대해서도, 그 가스 노즐을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성하는 것이 바람직하다.

또, 도 4∼도 7에 나타내는 가스 연소/취입 장치 a의 경우에는, 고로내에 취입된 연소 가스중의 CO₂에 의해서 코크스가 소비되고, 또는 로내에서 환원된 철광석 (마그네타이트)이 재산화되는 일이 없도록, 연소 가스를 희석해서 그 온도나 조성을 관리하기 위해, 가스 노즐(14)로부터 희석 가스가 연소실(1)내에 공급된다. 앞서 기재한 바와 같이, 희석 가스로서는 CO, H₂ 등의 환원 가스를 포함하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 고로 가스, 전로 가스, 코크스로 가스 등의 1종 이상을 이용할 수 있고, 그 중에서도 고로 가스의 일부를 빼내서 희석 가스로서 이용하는 것이 바람직하다. 또, 후술하는 바와 같이, 로내에 취입되는 예열 가스의 온도는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상, 1000℃이하가 바람직하므로, 그와 같은 예열 가스 온도가 되도록 희석 가스의 온도와 공급량이 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명으로 있어서, 이상 기재한 바와 같은 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a를 이용하는 것에 의해 얻어지는 효과를, 종래의 다른 타입의 가스 버너를 이용한 경우와 비교해서 설명한다.

종래, 공업적으로 이용되고 있는 가스 버너는 연료 가스와 연소-지지 가스의 혼합 방식에 의해서, 확산 연소 방식(외부 혼합)의 버너와, 예혼합 연소 방식(내부 혼합)의 버너로 크게 나뉘지만, 이들 가스 버너는 모두 버너 선단보다 전방에 화염이 형성되는 구조로 되어 있다. 따라서, 이와 같은 가스 버너를 가스 연소/취입 장치 a로서 이용한 경우, 화염이 고로 상부로부터 강하하는 장입물(철광석, 코크스)에 직접 닿아, 코크스의 솔루션 로스(solution loss) 반응을 발생시키고, 코크스가 쓸데없이 소비되는 등의 문제를 발생시킨다.

또, 순수 산소 송풍을 실행하는 산소 고로 프로세스의 로 꼭대기 가스는 질소가 적고 CO가 주체인 가스이기 때문에, 발열량이 높다(예를 들면, 약 1200㎉/N㎥). 이 때문에 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에서도 특별한 문제 없이 연료 가스로서 사용할 수 있다. 이것에 대해 본 발명이 대상으로 하는 보통 고로 프로세스에서 발생하는 고로 가스는 발열량이 낮고(예를 들면, 약 800㎉/N㎥), 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에 적용해도 안정 연소는 어렵다. 또, 저 RAR 조업을 지향한 경우에는, 고로 가스의 발열량은 또한 저하한다. 예를 들면, 고로내 물질 열수지(熱收支) 모델로 계산하면, 고로 가스의 발열량은 (1) RAR 494㎏/t 상당의 조업에서는 889㎉/N㎥, (2) RAR 460㎏/t 상당의 조업에서는 812㎉/N㎥, (3) RAR 437㎏/t 상당의 조업에서는 758㎉/N㎥, (4) RAR 426㎏/t 상당의 조업에서는 724㎉/N㎥가 되고, 동일 계산에서는, 고로 로 꼭대기 가스의 온도는 110℃이하가 된다. 거기서, 예를 들면, 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 일부를 빼내고, 산소로 연소시킨 예열 가스를 샤프트부로부터 로내에 취입하고, 고로 로 꼭대기 가스 온도를 110℃이상으로 유지한 경우, 고로 가스 발열량은 더욱 저하한다. 예를 들면, 상기 (2)의 조업에 있어서, 800℃의 예열 가스를 100N㎥/t 취입한 경우, 고로 가스 발열량은 786㎉/N㎥가 되고, 또, 상기 (3)의 조업에 있어서, 800℃의 예열 가스를 150N㎥/t 취입한 경우, 고로 가스 발열량은 715㎉/N㎥가 된다. 이와 같은 저 RAR 조업에 의한 고로 가스 발열량의 저하는 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에 의한 안정된 연소를 더욱 곤란하게 한다.

또, 통상의 고로는 4∼5㎏/㎠의 가압 하에서 조업되는 동시에, 고로 상부로부터 장입물이 강하되기 때문에 상시 압력 변동이 있다. 또, 고로 노벽(爐壁)으로의 부착물의 생성에 기인하는 블로바이(blow-by) 등도 발생한다. 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에서는 이들 요인에 의해서도 화염의 안정성이 저해되어, 블로오프 등도 일어날 우려가 있다.

이상과 같은 종래의 일반적인 가스 버너의 문제에 대해, 본 발명으로 있어서 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a를 이용하는 것에 의해, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(a) 연소실(1)내에서 가스가 연소하고, 연소실(1)의 외측에는 화염이 존재하지 않으므로, 고로 상부로부터 강하하는 장입물(철광석, 코크스)에 직접 화염이 닿지 않아, 장입물에 끼치는 영향이 적다. 또, 동일하게 연소실(1)의 외측에 화염이 존재하지 않으므로, 고로의 로내압이나 그 변동, 블로바이 등에 영향받는 일 없이 안정된 화염이 형성되고, 원하는 온도의 연소 가스를 로내에 안정적으로 취입할 수 있다.

(b) 로내에 취입하는 예열 가스는 취입하는 위치의 로내압보다 높은 압력을 가질 필요가 있고, 따라서, 실질적으로 가스 연소/취입 장치 a의 연소실(1)내에서는 가압 하에서 가스 연소가 생기는 것이 필요하지만, 이와 같이 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 특히 고로 가스와 같은 저발열량 가스라도 안정하여 연소시키는 것이 가능해진다. 가스 연소/취입 장치 a에서는 연소실(1)내에 안정적인 화염이 형성되고, 연료 가스와 연소-지지 가스(산소)의 혼합성도 좋기 때문에, 가스를 효율적이며 또한 균질하게 연소시키는 것이 가능하지만, 특히, 상술한 바와 같이 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 표준 상태에서의 발열량에 대해, 가스 밀도가 증가하는 것으로부터 겉보기의 발열량이 증가한다. 이 때문에, 연료 가스가 고로 가스와 같은 저발열량 가스라도, 또는 연료 가스 성분의 농도가 대단히 낮을 경우라도, 안정하여 연소시키는 것이 가능해진다.

(c) 동일하게 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해 가스 밀도가 높아져, 연료 가스가 홀딩하는 열량을 유효하게 연소 가스에 전달할 수 있다. 특히, 연소실(1)의 내벽면(100) 부근에는 미연소의 가스 및 연소-지지 가스가 존재하고 있으므로, 연소실(1)의 내벽면(100)이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일이 없고, 관벽으로부터의 열손실이 적은 것에 의해, 그 효과가 더욱 높아진다.

(d) 가스 취입부 A로부터 취입하는 예열 가스는 산소(O₂로서의 산소 가스. 이하 동일)를 포함하지 않거나 또는 산소 농도가 낮은 것이 바람직하다. 예열 가스에 산소가 있으면 로내에서 환원중의 철산화물(Fe₃O₄, FeO)을 재산화시키기 위해서이다. 이 점, 가스 연소/취입 장치 a는 연소실(1)내에서 안정된 화염이 형성되는 것에 의해 산소 이용 효율이 높고, 특히 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 산소 이용 효율을 더욱 높이는 것이 가능해지고, 이론 산소량보다 적은 산소량으로 안정된 연소가 가능해진다. 따라서, 산소를 포함하지 않거나 또는 산소 농도가 대단히 낮은 예열 가스를 로내에 취입할 수 있다.

(e) 연소실(1)내에서 안정된 화염이 형성되는 것에 의해서, 로내에 취입되는 예열 가스(연소 가스)의 온도의 편차가 작고, 노(爐)하부로부터의 고로 가스와 노상부로부터 강하하는 장입물의 온도를 편차 없이 상승시킬 수 있다.

통상, 고로 가스를 승압기(6)로 이끄는 유로(9)에는 고로 가스의 조성, 온도 및 압력 등을 측정하는 센서(26a)가 설치되고, 또, 가스 취입부 A 근방에는 로내 압력, 온도를 측정하는 센서(26b)가 설치되고, 이들 센서(26a, 26b)의 측정값에 의거해서, 승압기(25a, 25b)로 승압하는 가스 압력, 가스 연소/취입 장치 a에 투입하는 연소-지지 가스량 등이 제어된다.

가스 취입부 A로부터의 예열 가스의 취입은 상시 실행해도 좋고, 로 꼭대기 가스 온도가 저하된 경우에만 실행해도 좋다. 후자의 경우에는, 예를 들면, 로 꼭대기 가스 온도를 센서로 측정하고, 로 꼭대기 가스 온도가 소정 온도 이하(예를 들면, 110℃이하)가 된 경우에, 가스 취입부 A로부터 예열 가스의 취입을 실행한다.

가스 취입부 A로부터 취입하는 예열 가스의 온도에 특별한 제한은 없지만, 취입하는 위치의 로내 가스 온도보다 낮으면, 로내를 역으로 식혀버리기 때문에, 취입하는 위치의 로내 가스 온도보다 높은 온도가 바람직하고, 일반적으로는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상이 바람직하다. 한편, 고로내에서의 솔루션 로스 반응을 억제하고, 또는 장치의 내열성을 높이기 위한 설비(재료) 비용을 억제한다고 하는 관점으로부터는, 예열 가스의 온도는 1000℃이하가 바람직하다. 예열 가스중에 CO₂나 H₂O가 포함될 경우에 있어서, 예열 가스 온도가 1000℃를 초과하면, CO₂나 H₂O와 로내의 코크스가 이하와 같은 반응(솔루션 로스 반응)을 생기게 하기 쉬워져서, 코크스가 소비되어 버린다.

C(코크스)+CO₂→2CO

C(코크스)+H₂O→CO+H₂

또, 예열 가스중에 CO₂나 H₂O와 같은 산화성의 가스가 포함되지 않을 경우에는, 상기 반응에 의한 코크스의 소비는 없지만, 장치(구성 부재)를 고가인 내열 재료로 구성할 필요가 있어, 설비 비용이 증대한다.

예열 가스 온도를 조정하기 위해서는, 예를 들면, 사용하는 연료 가스의 조성을 바꾸어서 가스 열량을 조정하는, 소정의 범위내에서 공기비를 조정하는 등의 이외, 도 4∼도 7과 같이 연소 가스에 희석 가스를 첨가할 경우에는, 희석 가스의 온도와 공급량을 조정해도 좋다.

예열 가스의 취입량에도 특별한 제한은 없고, 일반적으로는 로 꼭대기 가스 온도를 100℃이상으로 유지할 수 있는 바와 같은 가스 취입량으로 하면 좋다. 예를 들면, RAR 470㎏/t 상당의 조업에서, 800℃의 예열 가스를 100N㎥/t 취입하면, 로 꼭대기 가스 온도를 100℃이상으로 유지할 수 있다.

로(爐) 높이방향(height direction)에서의 가스 취입부 A의 설치 위치(예열 가스의 취입 위치)는 샤프트 중부∼상부가 바람직하고, 특히, 노구(爐口) 반경을 R₀이라고 하고, 스톡 라인(stock line)으로부터의 깊이가 R₀의 위치를 p₁, 샤프트부 하단으로부터의 높이가 샤프트부 전체 높이의 1/3의 위치를 p₂라고 했을 때, 로 높이방향에 있어서 위치 p₁과 위치 p₂의 사이에 가스 취입부 A를 설치하고, 이 가스 취입부 A로부터 예열 가스를 취입하는 것이 바람직하다. 예열 가스의 취입 위치가 지나치게 얕으면(지나치게 위쪽 위치이면), 원료 충전층의 하중이 작기 때문에, 원료의 유동화나 교반(攪拌)이 생기고, 원료 강하의 안정성이 저하될 우려가 있다. 한편, 예열 가스의 취입 위치가 지나치게 깊으면(지나치게 아래쪽 위치이면) 로내의 연화 융착대(softening-melting zone)에 걸려버릴 우려가 있으므로 바람직하지 않다.

로(爐) 둘레방향에 있어서의 가스 취입부 A의 설치 수나 설치 형태는 특별히 한정하지 않지만, 로 둘레방향에 있어서 등간격(等間隔)으로 복수 개소에 설치하는 것이 바람직하다. 특히, 각 가스 취입부 A가 1개의 가스 취입구(16)와 이것에 접속되는 1개의 가스 연소/취입 장치 a로 구성될 경우, 적어도, 가스 취입부 A를 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 n개소(단, n은 4이상의 짝수)에 설치하고, 예열 가스의 취입 총량에 따라, 상기 n개소의 가스 취입부 A중으로부터, 예열 가스의 취입을 실행하는 가스 취입부 A를 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 선택하는 것이 바람직하다. 이 경우의 가스 취입부 A의 등간격에서의 설치 수는 4, 8, 16, 32, 64 등이다. 또한, 실제의 설비에서는, 가스 취입부 A를 로 둘레방향에서 엄밀하게 등간격으로 설치하는 것은 노체 냉각 구조 등과의 관계로부터 곤란한 경우도 있어서, 설치하는 위치의 약간의 차이는 허용된다.

각 가스 취입부 A는 상기와 같이 1개의 가스 취입구(16)와 이것에 접속되는 1개의 가스 연소/취입 장치 a로 구성해도 좋지만(도 2∼도 7의 실시형태는 이것에 해당함), 복수의 가스 취입구(16)와, 이것에 헤더 관을 통해 접속되는 1개 또는 2개 이상의 가스 연소/취입 장치 a로 구성해도 좋다.

도 12a∼도 12c는 가스 취입부 A의 여러 가지의 설치 형태를, 노체를 수평 단면한 상태의 모식도로 나타낸 것이다. 이 중 도 12a의 실시형태는 가스 취입부 A를 1개의 가스 취입구(16)와 이것에 접속되는 1개의 가스 연소/취입 장치 a로 구성하고, 이 가스 취입부 A를 로 둘레방향에 있어서 간격을 두고 복수 설치한 것이다. 이와 같은 실시형태에서는 가스 취입구(16)마다 예열 가스의 취입 조건(예열 가스 온도, 취입량 등)을 조정할 수 있다. 또한, 도 12a에서는 일부(2개)의 가스 취입부 A에 대해서만 가스 연소/취입 장치 a를 도시하고 있다.

한편, 도 12b와 도 12c의 실시형태는 가스 취입부 A를, 복수의 가스 취입구 (16)와, 이것에 헤더 관을 통해 접속되는 가스 연소/취입 장치 a로 구성한 것이다. 이와 같은 실시형태에서는 가스 연소/취입 장치 a의 연소실(1)로부터 배출된 연소 가스는, 헤더 관을 거쳐 복수의 가스 취입구(16)로부터 고로내에 취입된다.

도 12b의 실시형태는 가스 취입구(16)를 로 둘레방향에 있어서 간격을 두고 복수 설치하는 동시에, 이들 가스 취입구(16)를 복수의 가스 취입구군(17a∼17d)으로 나누고, 이들 각 가스 취입구군(17a∼17d)에 각각 헤더 관(18)을 배치하고 있다. 그리고, 이들 헤더 관에, 각 가스 취입구군(17a∼17d)을 구성하는 복수의 가스 취입구(16)를 연락 관(19)을 통해 접속하는 동시에, 가스 연소/취입 장치 a의 연소실(1)의 선단을 접속하고 있다. 이와 같은 실시형태에서는 가스 취입구군(17a∼17d)마다 예열 가스의 취입 조건(예열 가스 온도, 취입량 등)을 조정할 수 있다.

또한, 이 실시형태에서는 1개의 헤더 관(18)에 대해 1개의 가스 연소/취입 장치 a를 접속하고 있지만, 2개 이상의 가스 연소/취입 장치 a를 접속해도 좋다.

또, 도 12c의 실시형태는 가스 취입구(16)를 로 둘레방향에 있어서 간격을 두고 복수 설치하는 동시에, 로(爐) 전체 둘레를 따른 고리형상의 헤더 관(18)을 배치하고 있다. 그리고, 이 헤더 관(18)에, 전체 부의 가스 취입구(16)를 연락 관 (19)을 통해 접속하는 동시에, 가스 연소/취입 장치 a의 연소실(1)의 선단을 접속하고 있다.

또한, 이 실시형태에서는 헤더 관(18)에 1개의 가스 연소/취입 장치 a를 접속하고 있지만, 2개 이상의 가스 연소/취입 장치 a를 접속해도 좋다.

본 발명은 저발열량이며 또한 지근(至近) 장소로부터 도입 가능한 고로 가스를 가스 연소/취입 장치 a의 연료 가스로서 이용하는 것이 바람직한 실시형태이고, 그 중에서도, 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 일부를 적당한 유로 위치로부터 빼내서, 연료 가스로서 이용하는 것이 특히 바람직한 실시형태이다. 단, 연료 가스로서 고로 가스 이외의 가스를 이용해도 좋고, 또, 고로 가스와 그 이외의 가스(예를 들면, 코크스로 발생 가스)를 혼합해서 이용해도 좋다. 또, 고로 가스로서는, 가스 청정 장치(집진기(22), 미스트 세퍼레이터(23))의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스, 로 꼭대기부와 가스 청정 장치 사이로부터 빼낸 고로 가스, 가스 홀더에 저장되어 있는 고로 가스 등을 이용해도 좋다.

[실시예]

본 발명에서 사용하는 가스 연소/취입 장치 a의 기능을 검증하기 위해, 도 8에 나타내는 구조의 시험 장치(가스 연소/취입 장치 a에 상당하는 장치)를 이용해서, 연료 가스(저발열량 가스) 및 연소-지지 가스(공기)의 공급 압력을 높인 연소 시험을 실행했다. 이 시험 장치의 연소실은 내경: 50㎜, 전체 길이: 300㎜이고, 그 내벽면에 형성된 연료 가스 취입용의 개구(노즐 슬릿)는 길이: 48㎜, 폭: 5㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 개구(노즐 슬릿)는 길이: 31㎜, 폭: 5㎜이다.

연료 가스로서 이용한 저발열량 가스는, 가스 조성이 CO: 22vol%, CO₂: 21vol%, H₂: 5vol%, N₂: 52vol%이고, 발열량이 792㎉/N㎥이다. 이 연료 가스 30N㎥/h에 대해, 이론 산소량이 1이 되도록 공기 19.5N㎥/h를 공급했다.

도 9는 연소실내 압력과 연소 가스 온도의 계측값(연소실의 선단쪽의 위치에 설치된 열전대로 계측)으로부터 산출된 유효 열 이용률의 관계를 나타내는 것이다. 또한, 유효 열 이용률은 아래 식에 의해 산출된다.

유효 열 이용률={(E×F)/(C×G)}×100

E: 연소 가스가 홀딩하고 있는 엔탈피(enthalpy)(㎉/N㎥)

F: 연소 가스 유량(N㎥/h)

C: 연료 가스 발열량(㎉/N㎥)

G: 연료 가스 유량(N㎥/h)

도 9에 의하면, 연소실내 압력이 높아지면, 유효 열 이용률은 향상하고, 연료 가스가 유효하게 열로 변환된 것이 나타나 있다.

다음에, 연료 가스용의 가스 노즐과 연소-지지 가스용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 개수가 다른 가스 연소/취입 장치 a(시험 장치)를 이용해서, 표 1에 나타내는 조건으로, 연료 가스(고로 가스) 및 연소-지지 가스(공기)를 이용한 연소 시험을 실행했다. 여기서, 각 가스 노즐이 1개(단일)의 노즐 관으로 구성되는 가스 연소/취입 장치 a는 도 2 및 도 3의 실시형태와 같은 구조의 가스 노즐을 갖는 장치(버너)이고, 각 가스 노즐이 복수개의 노즐 관으로 구성되는 가스 연소/취입 장치 a는 도 4∼도 7의 실시형태와 같은 구조의 가스 노즐을 갖는 장치(버너)이다.

각 가스 연소/취입 장치 a의 연소실은 내경: 50㎜, 전체 길이: 700㎜이고, 연료 가스용의 가스 노즐과 연소-지지 가스용의 가스 노즐을 각각 구성하는 노즐 관의 개수는, 시험예 1: 5개, 시험예 2: 4개, 시험예 3: 2개, 시험예 4: 1개, 시험예 5: 4개, 시험예 6: 2개이다.

시험예 1∼4에서 사용한 가스 연소/취입 장치 a는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜이다. 시험예 5에서 사용한 가스 연소/취입 장치 a는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 6㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 6㎜이다. 시험예 6에서 사용한 가스 연소/취입 장치 a는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜이다.

연료 가스로서 이용한 고로 가스는, 가스 조성이 CO: 23.5vol%, CO₂: 23.0vol%, H₂: 1.5vol%, N₂: 52vol%이고, 발열량이 754㎉/N㎥이다. 이 연료 가스: 30N㎥/h에 대해, 이론 산소량이 1이 되도록, 연소-지지 가스로서 공기: 19.4N㎥/h를 공급했다. 적용한 시험 로(爐)의 로내압은 245㎪이다.

시험예 6에서는, 연료 가스/연소-지지 가스의 취입 위치 중심으로부터 버너축 방향에서 500㎜ 벗어난 위치에 희석 가스용의 가스 노즐(내경 20㎜)을 설치한 가스 연소/취입 장치 a를 이용하고, 연소실로부터 배출되는 연소 배기 가스 온도가 800℃가 되도록, 희석 가스(고로 가스)를 24.5N㎥/h 공급했다. 이 희석 가스의 첨가에 의해, 연소 가스 조성은 CO(환원 가스)를 8.4vol% 포함하는 것으로 되었다.

시험예 1∼6에 있어서, 연소실내의 관찰(도 8에 나타내는 바와 같은 감시창 (sight glass)으로부터의 관찰)과 연소 배기 가스의 가스 조성 분석을 실행해서, 연소 상황을 하기 기준으로 평가했다. 그 결과를, 가스 노즐의 구성, 가스 유량, 스월수 Sw, 연소 가스 조성(시험예 6에서는 희석 가스를 첨가한 후의 가스 조성) 등과 함께 표 1에 나타낸다.

×: 연소 상황에 맥동이 보이고, 상당량의 미연소의 CO가 측정되었다.

○: 안정된 연소가 계속되고, 미연소의 CO도 거의 측정되지 않았다(단, 시험예 6의 CO 농도는 희석 가스 혼합에 의한 것)

[실시예 1]

로내 용적 5000㎥의 고로에 있어서, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같은 가스 연소/취입 장치 a를 이용해서, 도 1에 나타내는 바와 같은 실시형태로 본 발명을 실시했다. 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스를 승압기(25a)에서 로내압보다 0.2atm 높은 압력으로 승압하고, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입했다. 또, 마찬가지로 산소를 승압기(25b)에서 승압하고, 가스 연소/취입 장치 a에 연소-지지 가스로서 도입했다. 가스 연소/취입 장치 a에 대한 고로 가스 공급량은 100N㎥/t라고 하고, 이것을 산소 5.6N㎥/t로 연소시키고, 800℃의 연소 가스를 생성시키고, 이것을 예열 가스로서 로내에 취입했다. 가스 연소/취입 장치 a에서의 산소비는 0.335이다(이론 산소량에 대해). 예열 가스의 조성은 CO: 17.6vol%, CO₂: 30.3vol%, H₂: 4.6vol%, H₂O: 2.7vol%, N₂: 44.8vol%이다. 이와 같은 예열 가스의 취입에 의해, 로 꼭대기 가스 온도는 134℃가 되고, 고로 조업에서의 배관내로의 수분의 응축도 완전히 회피되어, 안정된 조업이 가능해졌다.

[실시예 2]

로내 용적 5000㎥의 고로에 있어서, 도 4∼도 7에 나타내는 바와 같은 가스 연소/취입 장치 a를 이용해서, 도 1에 나타내는 바와 같은 실시형태로 본 발명을 실시했다. 로 꼭대기 가스 발전 장치(5)의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스를 승압기(25a)에서 로내압보다 0.2atm 높은 압력으로 승압하고, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입했다. 또, 마찬가지로 산소를 승압기(25b)에서 승압하고, 가스 연소/취입 장치 a에 연소-지지 가스로서 도입했다. 가스 연소/취입 장치 a에서는, 고로 가스 30.3N㎥/t를 공기 5.6N㎥/t(산소비 1.0)로 연소시키는 동시에, 연소실내에 희석 가스(BFG)를 69.7N㎥/t 공급하는 것에 의해, 800℃의 연소 가스를 생성시키고, 이것을 예열 가스로서 로내에 취입했다. 예열 가스의 조성은 실시예 1과 동등하다. 이와 같은 예열 가스의 취입에 의해, 로 꼭대기 가스 온도는 147℃가 되고, 고로 조업에서의 배관내로의 수분의 응축도 완전히 회피되어, 안정된 조업이 가능해졌다.

[실시형태 2]

도 13 및 도 14는 본 발명에서 사용되는 연소 버너(관형상 화염 버너)의 1실시형태를 나타내는 것으로, 도 13은 부분 절단 평면도, 도 14는 도 13중의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.

상기 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에는, 연소실내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스(및 수소)와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구(2a, 2b)(노즐 포트)가 형성되고, 이들 개구(2a, 2b)에 각각 상기 가스 노즐(3a, 3b)이 접속되어 있다. 상기 개구(2a, 2b)(노즐 포트)는 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(2a, 2b)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하도록 형성되어 있다.

가스 노즐(3a)의 가스 도입부에는 연료 가스와 수소를 혼합하기 위한 혼합실 (4)이 설치되고, 이 혼합실(4)에 연료 가스 공급관(5)과 수소 공급관(6)이 접속되어 있다. 한편, 가스 노즐(3b)의 가스 도입부에는 연소-지지 가스 공급관(7)이 접속되어 있다.

그 외 도면에 있어서, 8∼10은 연료 가스 공급관(5), 수소 공급관(6) 및 연소-지지 가스 공급관(7)에 각각 설치되는 유량 조정 벨브, 11은 수소 공급관(6)에 설치되는 유량계, 12는 연소실(1)내의 연소 상황을 검지하기 위한 연소 상황 검지 장치, 13은 점화 플러그이다. 상기 연소 상황 검지 장치(12)는 예를 들면, 화염중에 열전대 등을 장입해서 온도 계측하는 바와 같은 방식, 울트라 비전(ultra vision) 등을 이용해서 화염중의 자외선을 검출하는 광학 방식 등에서도 좋다. 또, x는 연소 버너가 설치되는 노체이다.

여기서, 개구(2a, 2b)(노즐 포트)로부터는, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하면 좋지만, 특히, 가스 선회류가 후술하는 바와 같은 바람직한 스월수 Sw(선회를 수반하는 유체의 흐름에 있어서 선회의 강도를 나타내는 무차원수)의 범위가 되도록, 개구(2a, 2b)로부터의 가스의 취입 방향을 설정하는 것이 바람직하다. 도 21은 개구(2a, 2b)가 형성된 위치에서의 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 이와 같은 연소실(1)의 직경방향 단면에 있어서, 내벽면(100)의 둘레방향에 있어서의 개구(2a, 2b)의 단부 중, 개구(2a, 2b)로부터 토출해서 선회하는 가스류의 선회(회전) 방향에 있어서의 선단측의 단부를 점 p라고 하고, 이 점 p에 있어서의 내벽면(100)의 접선을 x, 개구(2a, 2b)로부터 토출하는 가스류의 중심선(=가스 노즐(3a, 3b)의 축중심)을 y, 접선 x와 가스류 중심선 y가 이루는 각도를 가스 취입 각도 θ로 한 경우, 이 가스 취입 각도 θ를, 바람직한 스월수 Sw의 범위(Sw: 3∼10)로 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 가스 노즐(3a)의 내경으로부터 산출되는 개구(2a)에서의 연료 가스 속도를 Vf, 가스 노즐(3b)의 내경으로부터 산출되는 개구(2b)에서의 연소-지지 가스 속도를 Va라고 한 경우, 접선 x방향에서의 연료 가스 속도 성분 Vf1과 연소-지지 가스 속도 성분 Va1은 이하와 같이 된다.

Vf1=Vf×cosθ

Va1=Va×cosθ

한편, 연소 버너의 구조면으로부터 말하면, 연소 버너는 연소실(1)의 내벽면 (100)에, 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구(2a, 2b)를 형성한 구조의 것이 바람직하다. 이것은 그와 같은 구조로 해 두면, 가스량이나 가스 속도의 변경이나 변화에 관계없이, 바람직한 스월수 Sw를 실현할 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 도 21에 나타내는 가스 취입 각도 θ를 30°이하, 더욱 바람직하게는 10°이하로 하는 것이 바람직하다. 이 가스 취입 각도 θ가 커지면, 가스량이나 가스 속도에 따라서는, 내벽면(100)을 따른 가스 선회류를 적절하게 형성할 수 없게 될 우려가 있다. 본 실시형태, 후술하는 도 15의 실시형태, 도 16∼도 19의 실시형태에서는 모두 가스 취입 각도 θ≒0°∼5° 정도이다.

본 발명은 이상과 같은 관형상 화염 버너에 있어서, 예를 들면, 고로 가스, CDQ 가스, 가연 성분을 소량 포함하는 배기 가스 등과 같은 발열량이 1000㎉/N㎥이하(특히, 800㎉/N㎥이하)의 저발열량 가스를 연료 가스로서 이용할 때에, 이것을 안정적으로 연소시키기 위해 연료 가스에 수소를 첨가하는 것이다. 이 수소는 순수 수소 가스로서 첨가해도 좋고, 수소 함유 가스로서 첨가해도 좋다(이하, 본 명세서에 있어서 「(연료 가스에 첨가되는) 수소」라고 할 경우에는, 「수소 함유 가스」를 포함하는 의미로 함). 이 수소 함유 가스의 수소 농도는 연료 가스가 원래 수소를 포함하고 있을 경우에는, 당연한 것이지만, 연료 가스의 수소 농도를 상회하는 것일 필요가 있다. 따라서, 연료 가스로서 고로 가스(통상, H₂ 농도: 2∼3vol%)를 이용할 경우에는, 고로 가스보다 수소 농도가 높은 수소 함유 가스를 이용할 필요로 있다. 이 점 이외에 수소 함유 가스의 수소 농도에 특별한 제한은 없지만, 일반적으로는 수소 농도가 20vol%이상의 수소 함유 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 철강 제조 프로세스에서 발생하는 가스중에서는 예를 들면, 코크스를 제조할 때에 얻어지는 코크스로 가스가 특히 수소 농도가 높고(통상, 55vol% 정도), 수소 함유 가스로서 적합하다.

연료 가스에 수소를 첨가하기 위해, 도 13 및 도 14에 나타내는 연소 버너에서는, 가스 노즐(3a)의 혼합실(4)에 연료 가스 공급관(5)과 수소 공급관(6)을 통해 연료 가스와 수소가 공급되고, 여기서 연료 가스에 수소가 혼합되고, 이 수소 혼합 연료 가스(수소가 혼합된 연료 가스. 이하 동일)가 노즐 본체에 들어간다. 한편, 가스 노즐(3b)에는 연소-지지 가스 공급관(7)을 통해 연소-지지 가스가 공급된다. 이와 같이 해서 가스 노즐(3a, 3b)에 공급된 수소 혼합 연료 가스와 연소-지지 가스는 개구(2a, 2b)(노즐 포트)로부터 연소실(1)내에 취입된다. 이 수소 혼합 연료 가스와 연소-지지 가스는 연소실(1)의 내벽면(100)을 따라 선회류를 형성하면서 연소하고, 화염이 형성된다. 또한, 이상과 같은 연소는 점화 플러그(13)에 의한 착화에 의해 시작되고, 연소가 계속될 경우에는, 그 시점에서 점화 플러그(13)에 의한 점화는 종료한다.

연료 가스의 발열량이 변동하고, 예를 들면, 더욱 저발열량으로 되는 것에 의해, 연소 상황 검지 장치(12)에 의해 검지되는 연소 상황이 안정되지 않을 경우에는, 수소 공급관(6)에 설치된 유량계(11)와 유량 조정 벨브(9)에 의해, 수소의 공급량을 증가시킨다.

또한, 이 연소 버너는 연료 가스와 연소-지지 가스를 미리 혼합한 가스(예혼합 가스)를 이용해도 좋고, 이 경우에는 연소실(1)의 내벽면(100)에, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 1개 이상의 개구(2)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2)에 예혼합 가스 공급용의 가스 노즐(3)이 접속된다. 상기 개구(2)는 도 13 및 도 14의 개구(2a, 2b)와 마찬가지로, 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성되지만, 특히, 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 가스(예혼합 가스)를 취입하도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 수소는 연소-지지 가스와 예혼합되기 전의 연료 가스 또는 예혼합 가스에 첨가되고, 이와 같이 해서 수소가 첨가된 예혼합 가스가 가스 노즐(3)을 통해 개구(2)로부터 연소실(1)내에 취입된다. 또한, 이 개구(2)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는 앞서 도 21에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

이상과 같은 연소 버너에 있어서, 가스 노즐(3a, 3b) 및 개구(2a, 2b)로부터 연소실(1)내에 취입되어 선회류를 형성하는 수소 혼합 연료 가스와 연소-지지 가스 (또는 양자의 예혼합 가스)는 가스의 밀도차에 의해서 층이 나뉘고, 화염의 양측에 밀도가 다른 가스층이 생긴다. 즉, 선회 속도가 작은 축심측에는 고온의 연소 배기 가스가 존재하고, 선회 속도가 큰 내벽면(100)측에는 미연소의 가스가 존재하도록 된다. 또, 내벽면(100) 근방에서는, 선회 속도가 화염 전파 속도를 상회하고 있기 때문에, 화염은 내벽면 근방에 머무를 수는 없다. 이 때문에, 연소실(1)내에는 관형상의 화염이 안정적으로 생성된다. 또, 연소실(1)의 내벽면 부근에는 미연소의 가스가 존재하고 있으므로, 연소실(1)의 내벽면이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일은 없다. 그리고, 연소실(1)내의 가스는 선회하면서 선단측으로 흐르지만, 그 동안, 내벽면(100)측의 가스가 순차 연소해서 축심측으로 이동하고, 연소 가스가 개방한 선단으로부터 배출된다.

수소의 연소 속도는 CO 등의 다른 가연성 가스에 비해 극히 빠르고, 이 때문에 수소를 첨가하는 것에 의해 저발열량 가스를 안정하여 연소시키는 것이 가능해진다. 여기서, 가스의 연소 속도(MCP: maximum combustion potential)는 그 조성에 의해서 결정, 다음 식에 의해서 산출된다.

상기 식에 의해 계산되는 MCP는 수소가 282, CO가 100이고, 수소는 CO의 2.8배 연소 속도가 빠르다. 따라서, 수소를 첨가하는 것에 의해, 저발열량 가스를 안정적으로 연소시키는 것이 가능해진다. 저발열량 가스의 연소를 계속하기 위해서는, 이론적으로는 저발열량 가스의 단열 화염 온도가, 그 연료 가스에 포함되는 가스종의 발화점 이상(CO 발화점: 609℃, H₂ 발화점: 500℃)의 온도이거나, 연료 가스중에 포함되는 가연성 가스의 농도가 폭발 한계 하한 농도 이상(CO 폭발 한계 하한 농도: 12.5vol%, H₂: 4vol%)이면 좋다. 그렇지만, 본 발명자가 검토한 바, 고로 가스 등과 같은 CO를 포함하는 저발열량 가스에서는 수소를 첨가한 후의 단열 화염 온도가 750℃이상이 되면, 안정적인 연소가 가능해지는 것을 알았다. 예를 들면, CO가 10.1vol%(잔여부는 N₂ 등의 불활성 가스 및/또는 CO₂)의 가스에서는 발열량이 305㎉/N㎥, 단열 화염 온도가 645℃이고, 이 상태에서는 안정적으로 연소가 계속되지 않고, 별도 보조 연소를 위한 파일럿(pilot) 버너가 필요하게 된다. 이 가스에 수소를 3.0vol% 첨가하는 것에 의해, 단열 화염 온도는 750℃가 되고, 안정된 연소가 계속 가능해진다. 단열 화염 온도는 연소로 발생한 열이 외부로 상실되는 일 없고, 연소 가스의 온도 상승에 사용되는 것으로서 이론적으로 계산한 온도이다.

따라서, 고로 가스 등과 같은 CO를 포함하는 저발열량 가스에서는, 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 수소의 첨가량이 많으면, 그만큼 연소의 안정성은 높아지지만, 수소 첨가량이 지나치게 많으면 경제성이 손상된다.

앞서 기재한 바와 같이, 본 발명은 원래 수소를 함유하고 있는 저발열량 가스를 연료 가스로서 이용할 경우에도 적용 가능하고, 당연한 것이지만, 원래 포함되는 수소 농도에 따라 수소의 첨가량이 조정된다.

또, 본 발명의 연소 방법에 있어서, 연소실(1)을 가압 상태로 하면, 가스 밀도가 증가하고, 겉보기의 발열량이 증가하므로, 더욱 저발열량의 연료 가스라도 안정적인 연소가 가능해진다.

본 발명에서는 연소-지지 가스로서 공기 등의 산소 함유 가스, 산소 가스를 이용할 수 있지만, 본 발명은 연소-지지 가스로서 공기를 이용할 경우에 특히 유용하다. 연소-지지 가스의 공급량은 안정된 연소 상태를 유지하는데에 필요한 양이다. 연소-지지 가스로서 공기를 이용할 경우, 통상, 공기비 1이상으로 되도록 공급된다. 공기비는 연료의 연소에 필요한 이론적인 공기량과 실제로 공급하는 공기량의 비(실제의 공기량/이론 공기량)이고, 공기비 1에서 연료 가스는 완전 연소하고, CO₂ 및 H₂O가 된다. 공기비가 1미만의 조건에서는 불완전 연소가 되어, 안정된 연소를 계속할 수 없게 된다. 또, 공기비가 과잉한 경우에는 희박 연소가 되어, 이 경우도 안정된 연소 상태를 유지할 수 없다. 따라서, 통상은 공기비 1.0∼1.5의 범위에서 연소-지지 가스를 공급하는 것이 바람직하다.

도 13 및 도 14의 실시형태에서는 연소실(1)에 취입되기 전의 연료 가스에 수소를 첨가하는 것이지만, 연소실(1)에 취입된 연료 가스에 수소를 첨가하도록(즉, 연소실(1)내에서 연료 가스에 수소를 첨가하도록) 해도 좋다. 도 15는 이 경우에 사용되는 연소 버너의 1실시형태를 나타내는 단면도(도 14와 동등한 단면선을 따른 단면도)이다. 이 연소 버너는 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에, 도 14와 동등한 개구(2a, 2b)가 형성되는 동시에, 내벽면(100)의 둘레방향에서 개구(2a)-개구(2b) 사이의 중앙 위치(즉, 둘레방향에서 개구(2a, 2b)에 대해 90°의 위치)에, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 수소(수소 가스 또는 수소 함유 가스. 이하 동일)를 취입하기 위한 개구(2c₁, 2c₂)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2c₁, 2c₂)에 수소용의 가스 노즐 (3c₁, 3c₂)이 각각 접속되어 있다. 개구(2a, 2b)와 마찬가지로, 상기 개구(2c₁, 2c₂)(노즐 포트)도 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스(수소)를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(2c₁, 2c₂)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 수소를 취입하도록 형성되어 있다.

상기 개구(2a, 2b)와 동일하게, 상기 개구(2c₁, 2c₂)는 관축 방향을 따른 슬릿형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 개구(2c₁, 2c₂)는 어느 한쪽만을 설치해도, 또, 3개 이상 설치해도 좋고, 그 경우에는 각 개구(2c)에 대해 가스 노즐(3c)이 접속된다.

또한, 이 개구(2c₁, 2c₂)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스(수소)를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는 앞서 도 21에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

이와 같은 연소 버너에서는 수소를 가스 노즐(3c)을 통해 개구(2c₁, 2c₂)로부터 연소실(1)내에 취입하는 것에 의해, 연소실(1)내에서 연료 가스에 수소가 첨가된다.

도 15의 실시형태의 연소 버너의 다른 구조, 기능은 도 13 및 도 14에 나타내는 실시형태의 연소 버너와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 13 및 도 14에 나타내는 실시형태의 연소 버너와 마찬가지로, 연료 가스와 연소-지지 가스를 미리 혼합한 가스(예혼합 가스)를 이용해도 좋고, 이 경우에는 앞서 기재한 바와 같이, 상기 개구(2a, 2b) 대신에, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 1개 이상의 개구(2)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2)에 예혼합 가스 공급용의 가스 노즐(3)이 접속된다.

본 발명에서는 연소 버너의 연소실(1)내에 있어서, 수소가 첨가된 연료 가스와 연소-지지 가스가 선회류를 형성하는 것에 의해, 저발열량의 연료 가스를 안정적으로 연소시킬 수 있는 것이지만, 연료 가스가 고로 가스 등과 같이 CO, CO₂, N₂를 주체로 한 가스일 경우, 수소는 이들 가스 성분과 비교해서 가스 밀도가 낮기 때문에, 도 15의 실시형태와 같이 수소를 선회류가 되도록 취입하면, 그 밀도차에 의해서 수소가 축심측으로 이행해서 우선적으로 연소하고, 그 외의 가스의 연소를 촉진하게 된다. 이 때문에, 저발열량의 연료 가스의 연소성을 더욱 높일 수 있다.

도 16∼도 19는 본 발명에서 사용되는 연소 버너(관형상 화염 버너)의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, 도 16은 연소 버너의 부분 절단 평면도, 도 17은 연소 버너를 부분적으로 나타내는 저면도, 도 18은 도 16중의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도, 도 19는 도 16중의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도이다.

도 16∼도 19의 실시형태에서는 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐(3b)이, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성되어 있다. 이와 같이 가스 노즐(3a, 3b)을 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것은 후술하는 바와 같이, 가스 노즐(3a, 3b)에 의해서 연소실 (1)내에서 적절한 선회류가 형성되도록 하면서, 스월수 Sw를 소정의 바람직한 범위로 하기 위해서이다.

도 13 및 도 14의 실시형태와 마찬가지로, 상기 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에는, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구 (2a, 2b)(노즐 포트)가 형성되지만, 이들 개구(2a, 2b)도 각각 복수의 개구(200a, 200b)로 구성되어 있다. 그리고, 각 개구(200a)에 각각 상기 노즐 관(300a)이 접속되고, 각 개구(200b)에 각각 상기 노즐 관(300b)이 접속되어 있다. 상기 개구 (200a, 200b)는 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(200a, 200b)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하도록 형성되어 있다.

가스 노즐(14)은 단일의 노즐 관으로 구성해도 좋지만, 본 실시형태에서는 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(140)으로 구성되어 있다. 가스 노즐(14)이 설치되는 위치의 연소실(1)의 내벽면(100)에는 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록, 동일 내벽면의 대략 접선방향으로 희석 가스를 취입하기 위한 개구(15)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구 (15)에 상기 가스 노즐(14)이 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 개구(15)는 복수의 개구(150)로 구성되고, 각 개구(150)에 각각 상기 노즐 관(140)이 접속되어 있지만, 개구(15)를 관축 방향을 따른 슬릿형상의 단일의 개구로 하고, 이것에 단일의 가스 노즐(14)을 접속해도 좋다. 또한, 이 희석 가스용의 개구(15)는 반드시 연소실(1)내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하는 바와 같은 구조로 하지 않아도 좋다.

도 16∼도 19의 실시형태의 연소 버너의 다른 구조, 기능은 도 13 및 도 14에 나타내는 실시형태의 연소 버너와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

또, 상기 개구(200a, 200b)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면 (100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는 앞서 도 21에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

본 발명에서 사용하는 연소 버너에서는 연소실(1)내에서 고온의 연소 가스가 발생하고, 예를 들면, 고로 가스의 이론 연소 온도는 공기비 1.0에서 약 1300℃가 된다. 본 발명을 후술하는 바와 같은 고로 조업 방법에 적용해서, 연소 버너의 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입할 경우, 취입된 연소 가스중의 CO₂에 의해서 로내의 코크스가 소비되고, 또는 로내에서 환원된 철광석(마그네타이트)이 재산화되는 일이 없도록, 연소 가스를 희석해서 그 온도나 조성을 관리하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 그와 같은 목적으로, 연소 가스의 온도 및/또는 조성을 조정하기 위한 희석 가스를 가스 노즐(14)로부터 연소실(1)내에 공급한다.

사용하는 희석 가스의 종류는 연소 가스에 첨가하는 목적(가스 온도 조정 및/또는 가스 조성 조정)에 따라 적절히 선택하면 좋지만, 연소 가스의 조성을 조정한다고 하는 면으로부터는 CO, H₂ 등의 환원 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고로 가스, 전로 가스, 코크스로 가스 등의 1종 이상을 이용할 수 있고, 특히, 고로 가스의 일부를 빼내서 희석 가스로서 이용하는 것이 바람직하다.

또, 연소 버너의 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입할 경우, 후술하는 바와 같이 예열 가스의 온도는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상이 바람직하므로, 이와 같은 예열 가스 온도가 되도록 희석 가스의 온도와 공급량이 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 가스 노즐을 갖는 연소 버너나, 도 15의 실시형태와 같은 수소 취입용의 가스 노즐(3c)을 갖는 연소 버너에 대해서도, 그들 가스 노즐을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성할 수 있다. 또, 이들 연소 버너에 있어서도, 상기와 같은 희석 가스용의 가스 노즐(14)과 개구(15)를 설치할 수 있다.

본 발명의 연소 방법에서는, 연소실(1)내에서의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10의 범위로 하는 것이 바람직하다. 스월수는 선회를 수반하는 유체의 흐름에 있어서 선회의 강도를 나타내는 무차원수이고, 스월수가 클수록 선회가 강한 흐름으로 된다. 스월수가 지나치게 작으면 연료 가스와 연소-지지 가스의 혼합이 불충분하게 되어, 연료 가스의 착화가 안정되지 않게 되고, 한편, 지나치게 크면 연소 화염이 블로오프 되는 경우가 있다. 이상의 관점으로부터, 스월수 Sw는 3∼10의 범위가 바람직하다.

스월수 Sw는 이것을 산출하기 위한 공지의 기본식에 따라, 사용하는 연소 버너의 형식이나 그 사용 형태에 따른 식으로 산출할 수 있고, 예를 들면, 도 13 및 도 14의 실시형태와 같은, 연료 가스 취입용의 개구(2a)와 연소-지지 가스 취입용의 개구(2b)를 갖는 연소 버너를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에서 의해 구할 수 있다. 또한, 아래 식에 있어서 연료 가스는 수소 혼합 연료 가스이다.

또, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 갖는 연소 버너를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에 의해 구할 수 있다. 또한, 아래 식에 있어서 예혼합 가스는 「연료 가스+수소+연소-지지 가스」이다.

또한, 도 15의 실시형태와 같은, 연료 가스 취입용의 개구(2a)와 연소-지지 가스 취입용의 개구(2b)에 부가해서, 수소 취입용의 개구(2c)를 갖는 연소 버너를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에 의해 구할 수 있다.

스월수 Sw를 상기와 같은 바람직한 범위로 하는데에 있어서, 도 16∼도 19의 실시형태와 같이, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐 (3b)을, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것이 바람직하다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다. 예를 들면, 연소실 내경: 50㎜, 연소 가스량(고로 가스): 30N㎥/h(가스 밀도: 1.34㎏/N㎥), 공기량: 21.4N㎥/h(가스 밀도: 1.29㎏/N㎥), 공기비: 1.1, 로내압: 245㎪(후술하는 고로 조업 방법과 같이 연소 버너를 가스 연소/취입 장치 a로서 고로에 설치한 경우의 로내압)라고 하는 조건의 경우, 가스 노즐(3a, 3b)이 각각 단일(1개)의 노즐 관으로 구성된다고 하면, 스월수 Sw가 3으로 되는 노즐 관의 내경(원환산의 내경. 즉, 노즐 관 내부의 단면적을 원의 면적으로 환산했을 때의 해당 원의 직경. 이하, 「노즐 관의 내경」이라고 할 경우에는, 동등한 의미로 함.)은 가스 노즐(3a)이 21㎜(개구 (2a)에서의 연료 가스 속도: 7㎧), 가스 노즐(3b)이 21㎜(개구(2b)에서의 연소-지지 가스 속도: 5㎧)가 된다. 그러나, 이와 같이 가스 노즐(3a, 3b)을 단일의 노즐 관으로 구성한 경우에는 도 13의 Ⅱ-Ⅱ선 단면에 있어서, 노즐 관의 내경이 연소실 내경의 약 4/10가 되어, 연료 가스 및 연소-지지 가스 모두, 연소실 중심방향(축심)으로의 흐름이 증가하고, 양호한 선회류가 형성되기 어려워진다. 이 때문에 축심측에 존재하는 고온 연소 배기 가스가 냉각될 우려가 있고, 본 발명의 효과가 저하될 가능성이 있다. 도 22는 개구(2a, 2b)가 형성된 위치에서의 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내고 있고, 연소실(1)의 반경을 R, 연소실 직경방향에서의 가스 노즐(3a, 3b)의 내부폭 또는 실제 내경을 t라고 했을 때, 개구(2a, 2b)로부터 취입되는 가스류의 중심 위치(=가스 노즐(3a, 3b)의 축중심)는 연소실 (1)의 중심으로부터 거리 (R-t/2)의 위치에 있다. 여기서, R에 대해 t가 커지면, 연소실 중심방향(축심)으로의 흐름이 증가해서 양호한 선회류가 형성되기 어려워지고, 관형상 화염이 관벽으로부터 떨어진 위치에 형성되어 연소가 불안정하게 되기 쉽다. 이와 같은 관점으로부터 (R-t/2)/R≥0.8이 바람직하지만, 상기의 예에서는 이 바람직한 조건으로부터 벗어나 버린다.

이것에 대해, 가스 노즐(3a, 3b)을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관 (300a, 300b)으로 구성한 경우에는, 노즐 관 1개당의 내경이 작아지므로, 상기와 같은 문제가 생기기 어렵고, 스월수 Sw를 바람직한 범위로 하면서, 양호한 선회류를 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐(3b)은 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것이 바람직하다. 동일한 이유에서, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 가스 노즐을 갖는 연소 버너나, 도 15의 실시형태와 같은 수소 가스 취입용의 가스 노즐(3c)을 갖는 연소 버너에 대해서도, 그들 가스 노즐을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 연료 가스로서 사용하는 저발열량 가스는 발열량이 1000㎉/N㎥이하의 것이다. 일반적으로 발열량이 1000㎉/N㎥을 초과하는 바와 같은 가스는, 특별히 본 발명을 적용하지 않아도, 종래 법에 의해 연소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 수소를 첨가한 연료 가스의 발열량도 1000㎉/N㎥이하인 것이 실질적인 요건이다. 또, 발열량이 800㎉/N㎥이하의 가스는 안정된 연소성이 특히 얻어지기 어려우므로, 이것을 연료 가스로서 사용할 경우에, 특히 본 발명의 유용성이 높다. 한편, 연료 가스의 발열량이 300㎉/N㎥미만에서는, 본 발명을 적용해도 안정하여 연소시키는 것이 어려워질 경우가 있으므로, 본 발명에서 사용하는 연료 가스는 발열량이 300㎉/N㎥이상의 것이 바람직하다.

다음에, 이상과 같은 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법을 적용한 고로 조업 방법에 대해 설명한다.

이 본 발명의 고로 조업 방법은, 공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어 송풍하는 고로 조업, 즉 보통 고로의 조업을 대상으로 한다. 산소 부화 공기를 트와이어 송풍할 경우에는, 통상, 산소 부화율 20체적％이하, 바람직하게는 10체적％이하에서의 조업이 실행된다. 또한, 산소 부화율이 증가하는 것에 따라 로내를 통과하는 가스량이 줄어들고, 샤프트 상부를 승온하기 위해 필요한 취입 가스량이 대폭으로 증가하기 때문에, 이 점으로부터도 상기와 같은 산소 부화율에서의 조업이 바람직하다.

도 20은 본 발명의 고로 조업 방법의 1실시형태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도면에 있어서, 20은 고로, 21은 그 트와이어이고, 이 트와이어(21)로부터 열풍과 보조 환원재(예를 들면, 미분탄, LNG 등)가 로내에 취입된다.

고로(20)의 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스(로 꼭대기 가스)는 가스 청정 장치인 집진기(22)에서 먼지가 제거되고, 동일하게 미스트 세퍼레이터(23)에서 수분이 제거된 후, 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)에 이끌어져, 로 꼭대기 가스의 압력이 전기로서 회수된 후, 계외로 이끌어진다.

본 발명에서는 샤프트부(바람직하게는 샤프트 중부∼상부)에 설치된 가스 취입부 A로부터 고로내에 가스를 취입한다. 이와 같이 해서 가스를 로내에 취입하는 주된 목적은 저 RAR 조업에 의한 송풍량의 저하를 보충하고, 노상부에서의 가스 유량을 확보하기 위해서이지만, 쓸데없이 로 꼭대기 가스 온도를 저하시키는 바와 같은 온도의 가스를 취입하는 것은 발명의 주지에 어긋나므로, 취입 가스로서는 예열 가스를 이용한다.

이와 같이 가스 취입부 A로부터 예열 가스를 고로내에 취입하는데에 있어서, 본 발명에서는 가스 취입부 A를, 앞서 기재한 바와 같은 연소 버너(예를 들면, 도 13 및 도 14의 연소 버너, 도 15의 연소 버너, 도 16∼도 19의 연소 버너 중의 어느 하나)의 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 a로 구성하고, 이 가스 연소/취입 장치 a의 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것이다. 즉, 도 13이나 도 16에 있어서, x가 고로(20)의 노체이고, 연소실(1)의 선단을 고로 내부와 연통시키도록 해서 연소 버너를 노체 x에 부착하고, 가스 연소/취입 장치 a를 구성한다.

이와 같은 가스 연소/취입 장치 a의 기본 구조는 관형상 화염 버너로서 알려진 것이다. 그러나, 이 관형상 화염 버너는 가열로나 연소 기기용으로서 개발되고, 사용되어 온 것이고, 고로의 가스 취입 수단에 적용하는 것에 대해서는, 전혀 검토되고 있지 않았다. 또, 최근의 고로 조업은 고압 조건으로 실행되고, 예열 가스는 취입 위치의 로내압보다 높은 압력으로 승압해서 취입할 필요가 있지만, 관형상 화염 버너는 상압 상태에서의 사용을 전제로 하고 있고, 상기와 같은 압력 조건 하에서 사용하는 것에 대해서도, 전혀 검토되고 있지 않았다. 이것에 대해 본 발명에서는 고로 가스 등의 저발열량 가스를 연소시켜 예열하고, 이것을 고로의 샤프트부로부터 로내에 취입하는 수단으로서, 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a가 대단히 뛰어난 기능을 갖는 것을 발견한 것이다. 또, 고로 가스 등의 저발열량 가스를 연료 가스로서 이용할 경우, 앞서 기재한 바와 같이 연료 가스에 수소를 첨가하는 것에 의해, 안정적인 연소가 가능해지는 것을 발견한 것이다.

도 20의 실시형태에서는 로 꼭대기부로부터 배출된 후, 가스 청정 장치(집진기(22) 및 미스트 세퍼레이터(23)), 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)를 거친 고로 가스의 일부를 빼내서, 승압기(25a)에서 승압한 후, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입한다. 수소를 연료 가스에 혼합하기 위해서는, 연료 가스의 배관내에 수소를 직접 도입하거나, 또는 도시하지 않는 혼합기를 이용해서 연료 가스에 수소를 혼합하고, 수소 혼합 연료 가스로 한다. 고로 (20)의 로 꼭대기부로부터 배출되는 고로 가스의 유로(27) 중, 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측의 유로 부분으로부터, 고로 가스의 일부를 가스 연소/취입 장치 a에 공급하기 위한 유로(28)가 분기되어 있다.

또, 가스 연소/취입 장치 a에는 산소 함유 가스(공기, 산소 부화 공기, 고산소 농도 가스 등)인 연소-지지 가스가 공급되지만, 이 연소-지지 가스도 승압기 (25b)에서 승압한 후, 가스 연소/취입 장치 a에 도입한다. 또한, 가스 연소/취입 장치 a에서 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 이용할 경우에는, 사전에 승압기(25a, 25b)에서 연료 가스와 연소-지지 가스를 따로따로 승압해도 좋고, 예혼합 가스를 단일의 승압기(25)에서 승압해도 좋다. 이 경우, 연소-지지 가스와 예혼합되기 전의 연료 가스에 수소를 도입(또는 혼합기로 수소를 혼합)하거나, 또는 예혼합 가스에 수소를 도입(또는 혼합기로 수소를 혼합)한다.

또, 도 14에 나타내는 연소 버너의 경우에는 수소는 승압기에서 승압된 후, 연료 가스와는 별도로 가스 연소/취입 장치 a에 도입되고, 그 연소실에 취입된다.

또, 도 16∼도 19에 나타내는 연소 버너의 경우에는, 고로내에 취입된 연소 가스중의 CO₂에 의해서 코크스가 소비되고, 또는 로내에서 환원된 철광석(마그네타이트)이 재산화되는 일이 없도록, 연소 가스를 희석해서 그 온도나 조성을 관리하기 위해, 가스 노즐(14)로부터 희석 가스가 연소실(1)내에 공급된다. 앞서 기재한 바와 같이, 희석 가스로서는 CO, H₂ 등의 환원 가스를 포함하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 고로 가스, 전로 가스, 코크스로 가스 등의 1종 이상을 이용할 수 있고, 그 중에서도 고로 가스의 일부를 빼내서 희석 가스로서 이용하는 것이 바람직하다. 또, 예열 가스의 온도는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상이 바람직하므로, 이와 같은 예열 가스 온도가 되도록 희석 가스의 온도와 공급량이 선택된다.

다음에, 본 발명에 있어서 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a를 이용하고, 또한 연료 가스인 저발열량 가스(특히, 저환원재비(low-reducing agent ratio) 조업으로 발생하는 고로 가스를 이용할 경우)에 수소를 첨가하는 것에 의해 얻어지는 효과를, 종래의 다른 타입의 가스 버너를 이용한 경우와 비교해서 설명한다.

종래, 공업적으로 이용되고 있는 가스 버너의 대부분은 버너 선단보다 전방에 화염이 형성되는 구조로 되어 있다. 따라서, 이와 같은 가스 버너를 가스 연소/취입 장치 a로서 이용한 경우, 화염이 고로 상부로부터 강하하는 장입물(철광석, 코크스)에 직접 닿아, 코크스의 솔루션 로스 반응을 발생시키고, 코크스가 쓸데없이 소비되는 등의 문제를 발생시킨다.

또, 순수 산소 송풍을 실행하는 산소 고로 프로세스의 로 꼭대기 가스는 질소가 적고 CO가 주체인 가스이기 때문에, 발열량이 높다(예를 들면, 약 1200㎉/N㎥). 이 때문에 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에서도 특별한 문제 없이 연료 가스로서 사용할 수 있다. 이것에 대해 본 발명이 대상으로 하는 보통 고로 프로세스에서 발생하는 고로 가스는 발열량이 낮고(예를 들면, 약 800㎉/N㎥), 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에 적용해도 안정 연소는 어렵다. 또, 저 RAR 조업을 지향한 경우에는, 고로 가스의 발열량은 더욱 저하된다. 예를 들면, 고로내 물질 열수지 모델로 계산하면, 고로 가스의 발열량은 (1) RAR 494㎏/t 상당의 조업(PCR: 130㎏/t, 송풍 온도: 1150℃)에서는 722㎉/N㎥, (2) RAR 450㎏/t 상당의 조업(PCR: 130㎏/t, 송풍 온도: 1200℃, 고반응성 코크스 사용, 열손실을 43% 저감, 샤프트 효율을 상기 (1)의 조업에 대해 2% 올림)에서는 620㎉/N㎥, (3) RAR 412㎏/t 상당의 조업(PCR: 130㎏/t, 송풍 온도: 1200℃, 고반응성 코크스 사용, 열손실을 57% 저감, 샤프트 효율을 상기 (1)의 조업에 대해 4% 올림)에서는 517㎉/N㎥이 된다. 동일 계산에서는 상기 (2) 및 (3)의 조업에 있어서, 고로 로 꼭대기 가스의 온도는 110℃이하가 된다. 거기서, 예를 들면, 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 일부를 빼내고, 산소로 연소시킨 예열 가스를 샤프트부로부터 로내에 취입하고, 고로 로 꼭대기 가스 온도를 110℃이상으로 유지한 경우, 고로 가스 발열량은 더욱 저하된다. 예를 들면, 상기 (2)의 조업에 있어서, 800℃의 예열 가스를 100N㎥/t 취입한 경우, 고로 가스 발열량은 590㎉/N㎥가 되고, 또, 상기 (3)의 조업에 있어서, 800℃의 예열 가스를 150N㎥/t 취입한 경우, 고로 가스 발열량은 477㎉/N㎥가 된다. 이와 같은 저 RAR 조업에 의한 고로 가스 발열량의 저하는 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에 의한 안정된 연소를 더욱 곤란하게 한다.

또, 통상의 고로는 4∼5㎏/㎠의 가압 하에서 조업되는 동시에, 고로 상부로부터 장입물이 강하되기 때문에 상시 압력 변동이 있다. 또, 고로 노벽으로의 부착물의 생성에 기인하는 블로바이 등도 발생한다. 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에서는 이들 요인에 의해서도 화염의 안정성이 저해되어, 블로오프 등도 일어날 우려가 있다.

이상과 같은 종래의 일반적인 가스 버너의 문제에 대해, 본 발명에 있어서 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a를 이용하고, 또한 연료 가스로서 이용되는 고로 가스 등의 저발열량 가스에 수소를 첨가해서 안정 연소시키는 것에 의해, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(b) 로내에 취입하는 예열 가스는 취입하는 위치의 로내압보다 높은 압력을 가질 필요가 있고, 따라서, 실질적으로 가스 연소/취입 장치 a의 연소실(1)내에서는 가압 하에서 가스 연소가 생기는 것이 필요하지만, 이와 같이 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 특히 고로 가스와 같은 저발열량 가스를 안정하여 연소시키는데에 유리한 조건이 된다. 가스 연소/취입 장치 a에서는 연소실(1)내에 안정적인 화염이 형성되고, 연료 가스와 연소-지지 가스의 혼합성도 좋기 때문에, 가스를 효율적이며 또한 균질하게 연소시키는 것이 가능하지만, 특히, 상술한 바와 같이 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 표준 상태에서의 발열량에 대해, 가스 밀도가 증가하는 것으로부터 겉보기의 발열량이 증가한다. 이 때문에, 연료 가스가 고로 가스와 같은 저발열량 가스라도, 또는 연료 가스 성분의 농도가 대단히 낮을 경우라도, 연료 가스중으로의 수소의 첨가와 더불어, 안정하여 연소시키는 것이 가능해진다.

(c) 동일하게 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 가스 밀도가 높아지고, 연료 가스가 홀딩하는 열량을 유효하게 연소 가스에 전달할 수 있다. 특히, 연소실(1)의 내벽면(100) 부근에는 미연소의 가스 및 연소-지지 가스가 존재하고 있으므로, 연소실(1)의 내벽면(100)이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일이 없고, 관벽으로부터의 열손실이 적은 것에 의해, 그 효과가 더욱 높아진다.

통상, 고로 가스를 승압기(25)에 이끄는 유로(28)에는 고로 가스의 조성, 온도 및 압력 등을 측정하는 센서(26_A)가 설치되고, 또, 가스 취입부 A 근방에는 로내 압력, 온도를 측정하는 센서(26_B)가 설치되고, 이들 센서(26_A, 26_B)의 측정값에 의거해서, 승압기(25a, 26b)에서 승압하는 가스 압력, 가스 연소/취입 장치 a에 투입하는 연소-지지 가스량, 수소량 등이 제어된다.

가스 취입부 A로부터의 예열 가스의 취입은 상시 실행해도 좋고, 로 꼭대기 가스 온도가 저하된 경우에만 실행해도 좋다. 후자의 경우에는 예를 들면, 로 꼭대기 가스 온도를 센서로 측정하고, 로 꼭대기 가스 온도가 소정 온도 이하(예를 들면, 110℃이하)가 된 경우에, 가스 취입부 A로부터 예열 가스의 취입을 실행한다.

가스 취입부 A로부터 취입하는 예열 가스의 온도에 특별한 제한은 없지만, 취입하는 위치의 로내 가스 온도보다 낮으면, 로내를 역으로 식혀버리기 때문에, 취입하는 위치의 로내 가스 온도보다 높은 온도가 바람직하고, 일반적으로는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상이 바람직하다.

예열 가스의 취입량에도 특별한 제한은 없고, 일반적으로는 로 꼭대기 가스 온도를 100℃이상으로 유지할 수 있는 바와 같은 가스 취입량으로 하면 좋다.

로 높이방향에서의 가스 취입부 A의 설치 위치(예열 가스의 취입 위치)는 샤프트 중부∼상부가 바람직하고, 특히, 노구 반경을 R₀이라고 하고, 스톡 라인으로부터의 깊이가 R₀의 위치를 p₁, 샤프트부 하단으로부터의 높이가 샤프트부 전체 높이의 1/3의 위치를 p₂라고 했을 때, 로 높이방향에 있어서 위치 p₁과 위치 p₂의 사이에 가스 취입부 A를 설치하고, 이 가스 취입부 A로부터 예열 가스를 취입하는 것이 바람직하다. 예열 가스의 취입 위치가 지나치게 얕으면(지나치게 위쪽 위치이면), 원료 충전층의 하중이 작기 때문에, 원료의 유동화나 교반이 생기고, 원료 강하의 안정성이 저하될 우려가 있다. 한편, 예열 가스의 취입 위치가 지나치게 깊으면(지나치게 아래쪽 위치이면) 로내의 연화 융착대에 걸려버릴 우려가 있으므로 바람직하지 않다.

로 둘레방향에 있어서의 가스 취입부 A의 설치 수나 설치 형태는 특히 한정하지 않지만, 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 복수 개소에 설치하는 것이 바람직하다. 특히, 적어도 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 n개소(단, n은 4이상의 짝수)에 설치하고, 예열 가스의 취입 총량에 따라, 상기 n개소의 가스 취입부 A중으로부터, 예열 가스의 취입을 실행하는 가스 취입부 A를 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 선택하는 것이 바람직하다. 이 경우의 가스 취입부 A의 등간격에서의 설치 수는 4, 8, 16, 32, 64 등이다. 또한, 실제의 설비에서는 가스 취입부 A를 로 둘레방향에서 엄밀하게 등간격으로 설치하는 것은, 노체 냉각 구조 등과의 관계로부터 곤란한 경우도 있으므로, 설치하는 위치의 약간의 어긋남은 허용된다.

본 발명은 저발열량이며 또한 지근 장소로부터 도입 가능한 고로 가스를 가스 연소/취입 장치 a의 연료 가스로서 이용하는 것이 바람직한 실시형태이고, 그 중에서도, 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 일부를 적당한 유로 위치로부터 빼내서, 연료 가스로서 이용하는 것이 에너지의 유효 이용(가스 현열(顯熱)을 그대로 이용할 수 있음)의 면으로부터도, 또, 설비면으로부터도 특히 바람직한 실시형태라고 말할 수 있다. 단, 연료 가스로서 고로 가스 이외의 가스를 이용해도 좋고, 또, 고로 가스와 그 이외의 가스를 혼합해서 이용해도 좋다. 또, 고로 가스로서는 가스 청정 장치(집진기(22), 미스트 세퍼레이터(23))의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스, 로 꼭대기부와 가스 청정 장치 사이로부터 빼낸 고로 가스, 가스 홀더에 저장되어 있는 고로 가스 등을 이용해도 좋다.

[실시예]

[실시예 1]

도 8에 나타내는 구조의 연소 버너의 시험 장치를 이용해서, 표 3에 나타내는 조건으로, 수소를 첨가한 연료 가스(저발열량 가스) 및 연소-지지 가스(공기)를 이용한 연소 시험을 실행했다. 이 시험 장치의 연소실은 내경: 50㎜, 전체 길이: 300㎜이고, 그 내벽면에 형성된 연료 가스 취입용의 개구(노즐 슬릿)는 길이: 48㎜, 폭: 5㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 개구(노즐 슬릿)는 길이: 31㎜, 폭: 5㎜이다.

발명예 1∼4에서는 연료 가스로서 약 300㎉/N㎥의 저발열량 가스(CO: 10.1vol%, CO₂: 10.4vol%, N₂: 79.5vol%)를 조정하고, 이 연료 가스에 수소를 연료 가스중의 농도로 각각 3.7vol%, 4.0vol%, 6.0vol%, 2.0%로 되도록 첨가하고, 연소 시험을 실행했다. 또, 발명예 5, 6에서는 연료 가스로서 RAR 412㎏/t 상당의 조업에서의 고로 가스를 이용하고, 이것에 수소를 첨가해서 연소 시험을 실행했다. 또, 실시예 7, 8에서는 연료 가스로서 RAR 450㎏/t 상당의 조업에서의 고로 가스를 이용하고, 이것에 수소를 첨가해서 연소 시험을 실행했다. 모두, 수소를 혼합한 연료 가스: 30N㎥/h에 대해, 이론 산소량이 1.1로 되도록 공기를 공급했다. 또, 비교예로서, 수소를 혼합하지 않는 연료 가스를 이용한 연소 시험으로 실행했다.

이 연소 시험에서는 연소 안정성을 이하와 같은 기준으로 평가했다.

○: 화염의 맥동도 없고 압력 변동에도 추종하여 안정 연소(우수)

△: 화염이 맥동하지만, 실화(失火)는 인정되지 않는다(양호)

×: 화염이 맥동하고, 압력 변동에 의해 실화(불가)

그 결과를 시험 조건과 함께 표 2에 나타낸다. 이것에 의하면, 발명예는 모두 안정적인 연소가 실현되고 있고, 특히, 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가한 경우에는, 대단히 안정된 연소가 실현되고 있다.

[실시예 2]

연료 가스용의 가스 노즐과 연소-지지 가스용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 개수가 다른 연소 버너의 시험 장치를 이용해서, 표 4에 나타내는 조건으로, 연료 가스(수소 혼합 연료 가스) 및 연소-지지 가스(공기)를 이용한 연소 시험을 실행했다. 여기서, 각 가스 노즐이 1개(단일)의 노즐 관으로 구성되는 연소 버너는 도 13 및 도 14의 실시형태와 같은 구조의 가스 노즐을 갖는 버너이고, 각 가스 노즐이 복수개의 노즐 관으로 구성되는 연소 버너는 도 16∼도 19의 실시형태와 같은 구조의 가스 노즐을 갖는 버너이다.

각 연소 버너의 연소실은 내경: 50㎜, 전체 길이: 700㎜이고, 연료 가스용의 가스 노즐과 연소-지지 가스용의 가스 노즐을 각각 구성하는 노즐 관의 개수는 시험예 1: 5개, 시험예 2: 4개, 시험예 3: 2개, 시험예 4: 1개, 시험예 5: 4개, 시험예 6: 2개이다.

시험예 1∼4에서 사용한 연소 버너는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜이다. 시험예 5에서 사용한 연소 버너는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 6㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 6㎜이다. 시험예 6에서 사용한 연소 버너는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜이다.

연료 가스로서 이용한 고로 가스(수소를 혼합한 고로 가스)는 가스 조성이 CO: 22vol%, CO₂: 21vol%, H₂: 5vol%, N₂: 52vol%이고, 발열량이 792㎉/N㎥이다. 이 연료 가스: 30N㎥/h에 대해, 이론 산소량이 1이 되도록, 연소-지지 가스로서 공기: 19.5N㎥/h를 공급했다. 적용한 시험 로의 로내압은 245㎪이다.

시험예 6에서는, 연료 가스/연소-지지 가스의 취입 위치 중심으로부터 버너축 방향에서 500㎜ 벗어난 위치에 희석 가스용의 가스 노즐(내경 20㎜)을 설치한 연소 버너를 이용해서, 연소실로부터 배출되는 연소 배기 가스 온도가 800℃가 되도록, 희석 가스(고로 가스)를 33.8N㎥/h 공급했다. 이 희석 가스의 첨가에 의해, 연소 가스 조성은 CO(환원 가스)를 10.3vol% 포함하는 것으로 되었다.

시험예 1∼6에 있어서, 연소실내의 관찰(도 8에 나타내는 바와 같은 감시창으로부터의 관찰)과 연소 배기 가스의 가스 조성 분석을 실행해서, 연소 상황을 하기 기준으로 평가했다. 그 결과를 가스 노즐의 구성, 가스 유량, 스월수 Sw, 연소 가스 조성(시험예 6에서는 희석 가스를 첨가한 후의 가스 조성) 등과 함께 표 3에 나타낸다.

○: 안정된 연소가 계속하고, 미연소의 CO도 거의 측정되지 않았다(단, 시험예 6의 CO 농도는 희석 가스 혼합에 의한 것)

[실시예 3]

로내 용적 5000㎥의 고로에 있어서, 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같은 가스 연소/취입 장치 a를 이용해서, 도 20에 나타내는 바와 같은 실시형태로 본 발명을 실시했다. 조업 조건은 미분탄 취입량: 130㎏/t, 코크스비: 320㎏/t, 송풍 온도: 1150℃(습기분(moisture): 10g/N㎥)로 하고, 고반응성 코크스를 사용했다. 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스(CO: 17.7vol%, CO₂: 23.1vol%, H₂: 2.4vol%, H₂O: 3.6vol%, N₂: 53.2vol%)를 승압기(25a)에서 로내압보다 0.2atm 높은 압력으로 승압하고, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입했다. 그 때, 고로 가스에 대해, 수소 농도가 4.0vol%가 되도록 수소를 첨가하고, 수소 혼합 연료 가스로 했다. 또, 공기를 승압기(25b)에서 승압하고, 가스 연소/취입 장치 a에 연소-지지 가스로서 도입했다.

가스 연소/취입 장치 a에서는 수소 혼합 연료 가스 100N㎥/t를 공기 37.8N㎥/t로 연소시켜 800℃의 연소 가스를 생성시키고, 이것을 예열 가스로서 로내에 취입했다. 가스 연소/취입 장치 a에서의 산소비는 0.736이고(이론 산소량에 대해), 예열 가스의 조성은 CO: 3.5vol%, CO₂: 27.3vol%, H₂: 0.8vol%, H₂O: 5.0vol%, N₂: 63.3vol%이다. 이와 같은 예열 가스의 취입에 의해, 로 꼭대기 가스 온도는 149℃가 되고, 고로 조업에서의 배관내로의 수분의 응축도 완전히 회피되어, 안정된 조업이 가능해졌다. 예열 가스를 취입하지 않을 경우는, 물질 열수지의 계산으로부터 97℃로 산출된다.

[실시예 4]

로내 용적 5000㎥의 고로에 있어서, 도 16∼도 19에 나타내는 바와 같은 가스 연소/취입 장치 a를 이용해서, 도 20에 나타내는 바와 같은 실시형태로 본 발명을 실시했다. 고로 조업 조건은 실시예 3과 마찬가지로 했다. 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스(CO: 17.7vol%, CO₂: 23.1vol%, H₂: 2.4vol%, H₂O: 3.6vol%, N₂: 53.2vol%)를 승압기(25a)에서 로내압보다 0.2atm 높은 압력으로 승압하고, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입했다. 그 때, 고로 가스에 대해, 수소 농도가 4.0vol%가 되도록 수소를 첨가하고, 수소 혼합 고로 가스로 했다. 또, 공기를 승압기(25b)에서 승압하고, 가스 연소/취입 장치 a에 연소-지지 가스로서 도입했다.

가스 연소/취입 장치 a에서는 수소 혼합 고로 가스 73.6N㎥/t를 공기 37.8N㎥/t(산소비 1.0)로 연소시키는 동시에, 연소실내에 희석 가스(BFG)를 26.4N㎥/t 공급하는 것에 의해, 800℃의 연소 가스를 생성시키고, 이것을 예열 가스로서 로내에 취입했다. 예열 가스의 조성은 실시예 3과 동등하다. 이와 같은 예열 가스의 취입에 의해, 로 꼭대기 가스 온도는 147℃가 되고, 고로 조업에서의 배관내로의 수분의 응축도 완전히 회피되어, 안정된 조업이 가능해졌다. 예열 가스를 취입하지 않을 경우는, 물질 열수지의 계산으로부터 97℃로 산출된다.

[실시형태 3]

도 23 및 도 24는 본 발명에서 사용되는 연소 버너(관형상 화염 버너)의 1실시형태를 나타내는 것으로, 도 23은 부분 절단 평면도, 도 24는 도 1중의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.

상기 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에는, 연소실내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구(2a, 2b)(노즐 포트)가 형성되고, 이들 개구 (2a, 2b)에 각각 상기 가스 노즐(3a, 3b)이 접속되어 있다. 상기 개구(2a, 2b)(노즐 포트)는 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구 (2a, 2b)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하도록 형성되어 있다.

가스 노즐(3a)의 가스 도입부에는 고로 가스와 수소를 혼합하기 위한 혼합실 (4)이 설치되고, 이 혼합실(4)에 고로 가스 공급관(5)과 수소 공급관(6)이 접속되어 있다. 한편, 가스 노즐(3b)의 가스 도입부에는 연소-지지 가스 공급관(7)이 접속되어 있다.

그 외 도면에 있어서, 8∼10은 고로 가스 공급관(5), 수소 공급관(6) 및 연소-지지 가스 공급관(7)에 각각 설치되는 유량 조정 벨브, 11은 수소 공급관(6)에 설치되는 유량계, 12는 연소실(1)내의 연소 상황을 검지하기 위한 연소 상황 검지 장치, 13은 점화 플러그이다. 상기 연소 상황 검지 장치(12)는 예를 들면, 화염중에 열전대 등을 장입해서 온도 계측하는 바와 같은 방식, 울트라 비전 등을 이용해서 화염중의 자외선을 검출하는 광학 방식 등에서도 좋다. 또, x는 연소 버너가 설치되는 노체이다.

여기서, 개구(2a, 2b)(노즐 포트)로부터는, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하면 좋지만, 특히, 가스 선회류가 후술하는 바와 같은 바람직한 스월수 Sw(선회를 수반하는 유체의 흐름에 있어서 선회의 강도를 나타내는 무차원수)의 범위가 되도록, 개구(2a, 2b)로부터의 가스의 취입 방향을 설정하는 것이 바람직하다. 도 31은 개구(2a, 2b)가 형성된 위치에서의 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 이와 같은 연소실(1)의 직경방향 단면에 있어서, 내벽면(100)의 둘레방향에 있어서의 개구(2a, 2b)의 단부 중, 개구(2a, 2b)로부터 토출해서 선회하는 가스류의 선회(회전) 방향에 있어서의 선단측의 단부를 점 p라고 하고, 이 점 p에 있어서의 내벽면(100)의 접선을 x, 개구(2a, 2b)로부터 토출하는 가스류의 중심선(=가스 노즐(3a, 3b)의 축중심)을 y, 접선 x와 가스류 중심선 y가 이루는 각도를 가스 취입 각도 θ로 한 경우, 이 가스 취입 각도 θ를, 바람직한 스월수 Sw의 범위(Sw: 3∼10)로 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 가스 노즐(3a)의 내경으로부터 산출되는 개구(2a)에서의 연료 가스 속도를 Vf, 가스 노즐(3b)의 내경으로부터 산출되는 개구(2b)에서의 연소-지지 가스 속도를 Va로 한 경우, 접선 x방향에서의 연료 가스 속도 성분 Vf1과 연소-지지 가스 속도 성분 Va1은 이하와 같이 된다.

Vf1=Vf×cosθ

Va1=Va×cosθ

그리고, 이 Vf1, Va1을 개구(2a, 2b)에서의 가스 속도로서 산출되는 스월수 Sw가 소정의 바람직한 범위가 되도록, 가스 취입 각도 θ를 정하는 것이 바람직하다. 스월수 Sw의 구하는 방법은 후술하는 바와 같다.

한편, 연소 버너의 구조면으로부터 말하면, 연소 버너는 연소실(1)의 내벽면 (100)에, 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구(2a, 2b)를 형성한 구조의 것이 바람직하다. 이것은 그와 같은 구조로 해 두면, 가스량이나 가스 속도의 변경이나 변화에 관계없이, 바람직한 스월수 Sw를 실현할 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 도 32에 나타내는 가스 취입 각도 θ를 30°이하, 더욱 바람직하게는 10°이하로 하는 것이 바람직하다. 이 가스 취입 각도 θ가 커지면, 가스량이나 가스 속도에 따라서는, 내벽면(100)을 따른 가스 선회류를 적절하게 형성할 수 없게 될 우려가 있다. 본 실시형태, 후술하는 도 25의 실시형태, 도 26∼도 29의 실시형태에서는 모두 가스 취입 각도 θ≒0°∼5° 정도이다.

본 발명은 이상과 같은 관형상 화염 버너에 있어서, 고로 가스를 연료 가스로서 이용할 때에, 이것을 안정적으로 연소시키기 위해 고로 가스에 수소를 첨가하는 것이다. 이 수소는 순수 수소 가스로서 첨가해도 좋고, 수소 함유 가스로서 첨가해도 좋다(이하, 본 명세서에 있어서 「(고로 가스에 첨가되는) 수소」라고 할 경우에는, 「수소 함유 가스」를 포함하는 의미로 함). 이 수소 함유 가스의 수소 농도는 당연한 것이지만, 고로 가스의 수소 농도(통상, H₂ 농도: 2∼3vol%)를 상회하는 것일 필요가 있다. 이 점 이외에 수소 함유 가스의 수소 농도에 특별한 제한은 없지만, 일반적으로는 수소 농도가 20vol%이상의 수소 함유 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 철강 제조 프로세스에서 발생하는 가스중에서는 예를 들면, 코크스를 제조할 때에 얻어지는 코크스로 가스가 특히 수소 농도가 높고(통상, 55vol% 정도), 수소 함유 가스로서 적합하다.

고로 가스에 수소를 첨가하기 위해, 도 23 및 도 24에 나타내는 연소 버너에서는, 가스 노즐(3a)의 혼합실(4)에 고로 가스 공급관(5)과 수소 공급관(6)을 통해 고로 가스와 수소가 공급되고, 여기서 고로 가스에 수소가 혼합되고, 이 수소 혼합 고로 가스(수소가 혼합된 고로 가스. 이하 동일)가 노즐 본체에 들어간다. 한편, 가스 노즐(3b)에는 연소-지지 가스 공급관(7)을 통해 연소-지지 가스가 공급된다. 이와 같이 해서 가스 노즐(3a, 3b)에 공급된 수소 혼합 고로 가스와 연소-지지 가스는 개구(2a, 2b)(노즐 포트)로부터 연소실(1)내에 취입된다. 이 수소 혼합 고로 가스와 연소-지지 가스는 연소실(1)의 내벽면(100)을 따라 선회류를 형성하면서 연소하고, 화염이 형성된다. 또한, 이상과 같은 연소는 점화 플러그(13)에 의한 착화에 의해 시작되고, 연소가 계속될 경우에는, 그 시점에서 점화 플러그(13)에 의한 점화는 종료한다.

고로 가스의 발열량이 변동하고, 예를 들면, 더욱 저발열량으로 되는 것에 의해, 연소 상황 검지 장치(12)에 의해 검지되는 연소 상황이 안정되지 않을 경우에는, 수소 공급관(6)에 설치된 유량계(11)와 유량 조정 벨브(9)에 의해, 수소의 공급량을 증가시킨다.

또한, 이 연소 버너는 고로 가스와 연소-지지 가스를 미리 혼합한 가스(예혼합 가스)를 이용해도 좋고, 이 경우에는 연소실(1)의 내벽면(100)에, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 1개 이상의 개구(2)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2)에 예혼합 가스 공급용의 가스 노즐(3)이 접속된다. 상기 개구(2)는 도 23 및 도 24의 개구(2a, 2b)와 마찬가지로, 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성되지만, 특히, 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 가스(예혼합 가스)를 취입하도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 수소는 연소-지지 가스와 예혼합되기 전의 고로 가스 또는 예혼합 가스에 첨가되고, 이와 같이 해서 수소가 첨가된 예혼합 가스가 가스 노즐(3)을 통해 개구(2)로부터 연소실(1)내에 취입된다. 또한, 이 개구(2)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는, 앞서 도 31에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

이상과 같은 연소 버너에 있어서, 가스 노즐(3a, 3b) 및 개구(2a, 2b)로부터 연소실(1)내에 취입되어 선회류를 형성하는 수소 혼합 고로 가스와 연소-지지 가스 (또는 양자의 예혼합 가스)는 가스의 밀도차에 의해서 층이 나뉘고, 화염의 양측에 밀도가 다른 가스층이 생긴다. 즉, 선회 속도가 작은 축심측에는 고온의 연소 배기 가스가 존재하고, 선회 속도가 큰 내벽면(100)측에는 미연소의 가스가 존재하도록 된다. 또, 내벽면(100) 근방에서는 선회 속도가 화염 전파 속도를 상회하고 있기 때문에, 화염은 내벽면 근방에 머무를 수는 없다. 이 때문에, 연소실(1)내에는 관형상의 화염이 안정적으로 생성된다. 또, 연소실(1)의 내벽면 부근에는 미연소의 가스가 존재하고 있으므로, 연소실(1)의 내벽면이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일은 없다. 그리고, 연소실(1)내의 가스는 선회하면서 선단측으로 흐르지만, 그 동안, 내벽면(100)측의 가스가 순차 연소해서 축심측으로 이동하고, 연소 가스가 개방한 선단으로부터 배출된다.

수소의 연소 속도는 CO 등의 다른 가연성 가스에 비해 극히 빠르고, 이 때문에 수소를 첨가하는 것에 의해 고로 가스를 안정하여 연소시키는 것이 가능해진다. 여기서, 가스의 연소 속도(MCP: maximum combustion potential)는 그 조성에 의해서 결정, 다음 식에 의해서 산출된다.

상기 식에 의해 계산되는 MCP는 수소가 282, CO가 100이고, 수소는 CO의 2.8배 연소 속도가 빠르다. 따라서, 수소를 첨가하는 것에 의해, 고로 가스를 안정적으로 연소시키는 것이 가능해진다. 고로 가스의 연소를 계속하기 위해서는, 이론적으로는 고로 가스의 단열 화염 온도가, 그 고로 가스에 포함되는 가스종의 발화점 이상(CO 발화점: 609℃, H₂ 발화점: 500℃)의 온도이거나, 고로 가스중에 포함되는 가연성 가스의 농도가 폭발 한계 하한 농도 이상(CO 폭발 한계 하한 농도: 12.5vol%, H₂: 4vol%)이면 좋다. 그렇지만, 본 발명자가 검토한 바, 고로 가스와 같은 CO를 포함하는 저발열량 가스에서는, 수소를 첨가한 후의 단열 화염 온도가 750℃이상이 되면, 안정적인 연소가 가능해지는 것을 알 수 있었다. 예를 들면, CO가 18.2vol%, CO₂가 26.9vol%, H₂가 2.1vol%, (잔여부는 N₂)의 고로 가스에서는 발열량이 612㎉/N㎥, 단열 화염 온도가 746℃(공기비 0.7)이고, 이 상태에서는 안정적으로 연소가 계속되지 않고, 별도 보조 연소를 위한 파일럿 버너가 필요하게 된다. 이 가스에 수소를 첨가하고, H₂: 4.2vol%로 하는 것에 의해, 단열 화염 온도는 784℃가 되어, 안정된 연소가 계속 가능해진다. 단열 화염 온도는 연소로 발생한 열이 외부로 상실되는 일 없이, 연소 가스의 온도 상승에 사용되는 것으로서 이론적으로 계산한 온도이다.

따라서, 고로 가스에는 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 수소의 첨가량이 많으면, 그만큼 연소의 안정성은 높아지지만, 수소 첨가량이 지나치게 많으면 경제성이 손상된다.

또, 본 발명의 연소 방법에 있어서, 연소실(1)을 가압 상태로 하면, 가스 밀도가 증가하고, 겉보기의 발열량이 증가하므로, 고로 가스라도 더욱 안정적인 연소가 가능해진다.

본 발명에서는 연소-지지 가스로서 공기 등의 산소 함유 가스, 산소 가스를 이용할 수 있지만, 본 발명은 연소-지지 가스로서 공기를 이용할 경우에 특히 유용하다. 연소-지지 가스의 공급량은 안정된 연소 상태를 유지하는데에 필요한 양이다. 연소-지지 가스로서 공기를 이용할 경우, 통상, 공기비 1이상으로 되도록 공급된다. 공기비는 연료의 연소에 필요한 이론적인 공기량과 실제로 공급하는 공기량의 비(실제의 공기량/이론 공기량)이고, 공기비 1에서 연료 가스는 완전 연소하고, CO₂ 및 H₂O가 된다. 공기비가 1미만의 조건에서는 불완전 연소가 되어, 안정된 연소를 계속할 수 없게 된다. 또, 공기비가 과잉의 경우에는 희박 연소가 되어, 이 경우도 안정된 연소 상태를 유지할 수 없다. 따라서, 통상은 공기비 1.0∼1.5의 범위에서 연소-지지 가스를 공급하는 것이 바람직하다.

도 23 및 도 24의 실시형태에서는 연소실(1)에 취입되기 전의 고로 가스에 수소를 첨가하는 것이지만, 연소실(1)에 취입된 고로 가스에 수소를 첨가하도록(즉, 연소실(1)내에서 고로 가스에 수소를 첨가하도록) 해도 좋다. 도 25는 이 경우에 사용되는 연소 버너의 1실시형태를 나타내는 단면도(도 24와 동등한 단면선을 따른 단면도)이다. 이 연소 버너는 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에, 도 24와 동등한 개구(2a, 2b)가 형성되는 동시에, 내벽면(100)의 둘레방향에서 개구(2a)-개구(2b) 사이의 중앙 위치(즉, 둘레방향에서 개구(2a, 2b)에 대해 90°의 위치)에, 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 수소(수소 가스 또는 수소 함유 가스. 이하 동일)를 취입하기 위한 개구(2c₁, 2c₂)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2c₁, 2c₂)에 수소용의 가스 노즐 (3c₁, 3c₂)이 각각 접속되어 있다. 개구(2a, 2b)와 마찬가지로, 상기 개구(2c₁, 2c₂)(노즐 포트)도 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스(수소)를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(2c₁, 2c₂)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 수소를 취입하도록 형성되어 있다.

또한, 이 개구(2c₁, 2c₂)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스(수소)를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는, 앞서 도 10에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

이와 같은 연소 버너에서는 수소를 가스 노즐(3c)을 통해 개구(2c₁, 2c₂)로부터 연소실(1)내에 취입하는 것에 의해, 연소실(1)내에서 고로 가스에 수소가 첨가된다.

도 25의 실시형태의 연소 버너의 다른 구조, 기능은 도 23 및 도 24에 나타내는 실시형태의 연소 버너와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 23 및 도 24에 나타내는 실시형태의 연소 버너와 마찬가지로, 고로 가스와 연소-지지 가스를 미리 혼합한 가스(예혼합 가스)를 이용해도 좋고, 이 경우에는 상술한 바와 같이, 상기 개구(2a, 2b) 대신에, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 1개 이상의 개구(2)(노즐 포트)가 형성되고, 이 개구(2)에 예혼합 가스 공급용의 가스 노즐(3)이 접속된다.

본 발명에서는 연소 버너의 연소실(1)내에 있어서, 수소가 첨가된 고로 가스와 연소-지지 가스가 선회류를 형성하는 것에 의해, 고로 가스를 안정적으로 연소시킬 수 있는 것이지만, 특히 고로 가스는 CO, CO₂, N₂를 주체로 한 가스이고, 수소는 이들 가스 성분과 비교해서 가스 밀도가 낮기 때문에, 도 25의 실시형태와 같이 수소를 선회류가 되도록 취입하면, 그 밀도차에 의해서 수소가 축심측으로 이행해서 우선적으로 연소하고, 그 외의 가스의 연소를 촉진하게 된다. 이 때문에, 고로 가스의 연소성을 더욱 높일 수 있다.

도 26∼도 29는 본 발명에서 사용되는 연소 버너(관형상 화염 버너)의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, 도 26은 연소 버너의 부분 절단 평면도, 도 27은 연소 버너를 부분적으로 나타내는 저면도, 도 28은 도 26중의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도, 도 29는 도 26중의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도이다.

도 26∼도 29의 실시형태에서는 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐(3b)이, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성되어 있다. 이와 같이 가스 노즐(3a, 3b)을 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것은 후술하는 바와 같이, 가스 노즐(3a, 3b)에 의해서 연소실 (1)내에서 적절한 선회류가 형성되도록 하면서, 스월수 Sw를 소정의 바람직한 범위로 하기 위해서이다.

도 23 및 도 24의 실시형태와 마찬가지로, 상기 연소실(1)의 안쪽(후단측)의 내벽면(100)에는 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면(100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한 개구 (2a, 2b)(노즐 포트)가 형성되지만, 이들 개구(2a, 2b)도 각각 복수의 개구(200a, 200b)로 구성되어 있다. 그리고, 각 개구(200a)에 각각 상기 노즐 관(300a)이 접속되고, 각 개구(200b)에 각각 상기 노즐 관(300b)이 접속되어 있다. 상기 개구 (200a, 200b)는 연소실(1)내에 취입한 가스가 선회류가 되도록, 연소실(1)의 축중심을 피한 방향(편중심 방향)으로 가스를 취입하도록 형성된다. 본 실시형태의 개구(200a, 200b)는 내벽면(100)의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하도록 형성되어 있다.

도 26∼도 29의 실시형태의 연소 버너의 다른 구조, 기능은 도 23 및 도 24에 나타내는 실시형태의 연소 버너와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

또, 상기 개구(200a, 200b)로부터도 연소실(1)내에서 가스 선회류(내벽면 (100)의 둘레방향을 따른 가스 선회류)가 생기도록 가스를 취입하면 좋지만, 가스의 취입 방향의 바람직한 설정 방법이나, 버너 구조로서 바람직한 가스 취입 각도 θ는, 앞서 도 32에 의거해서 설명한 개구(2a, 2b)와 마찬가지이다.

또한, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 가스 노즐을 갖는 연소 버너나, 도 3의 실시형태와 같은 수소 취입용의 가스 노즐(3c)을 갖는 연소 버너에 대해서도, 그들 가스 노즐을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성할 수 있다. 또, 이들 연소 버너에 있어서도, 상기와 같은 희석 가스용의 가스 노즐(14)과 개구(15)를 설치할 수 있다.

본 발명의 고로 가스의 연소 방법에서는 연소실(1)내에서의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10의 범위로 하는 것이 바람직하다. 스월수는 선회를 수반하는 유체의 흐름에 있어서 선회의 강도를 나타내는 무차원수이고, 스월수가 클수록 선회가 강한 흐름으로 된다. 스월수가 지나치게 작으면 연료 가스와 연소-지지 가스의 혼합이 불충분하게 되어, 연료 가스의 착화가 안정되지 않게 되고, 한편, 지나치게 크면 연소 화염이 블로오프 되는 경우가 있다. 이상의 관점으로부터, 스월수 Sw는 3∼10의 범위가 바람직하다.

스월수 Sw는 이것을 산출하기 위한 공지의 기본식에 따라, 사용하는 연소 버너의 형식이나 그 사용 형태에 따른 식으로 산출할 수 있고, 예를 들면, 도 23 및 도 24의 실시형태와 같은, 연료 가스 취입용의 개구(2a)와 연소-지지 가스 취입용의 개구(2b)를 갖는 연소 버너를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에서 의해 구할 수 있다. 또한, 아래 식에 있어서 연료 가스는 수소 혼합 고로 가스이다.

또, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 갖는 연소 버너를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에 의해 구할 수 있다. 또한, 아래 식에 있어서 예혼합 가스는 「연료 가스(고로 가스)+수소+연소-지지 가스」이다.

또한, 도 25의 실시형태와 같은, 연료 가스 취입용의 개구(2a)와 연소-지지 가스 취입용의 개구(2b)에 부가해서, 수소 취입용의 개구(2c)를 갖는 연소 버너를 이용할 경우에는, 스월수 Sw는 아래 식에 의해 구할 수 있다.

스월수 Sw를 상기와 같은 바람직한 범위로 하는데에 있어서, 도 26∼도 29의 실시형태와 같이, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐 (3b)을, 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것이 바람직하다. 이것은 이하와 같은 이유에 따른다. 예를 들면, 연소실 내경: 50㎜, 고로 가스량: 30N㎥/h(가스 밀도: 1.34㎏/N㎥), 공기량: 21.4N㎥/h(가스 밀도: 1.29㎏/N㎥), 공기비: 1.1, 로내압: 245㎪(후술하는 고로 조업 방법과 같이 연소 버너를 가스 연소/취입 장치 a로서 고로에 설치한 경우의 로내압)라고 하는 조건의 경우, 가스 노즐(3a, 3b)이 각각 단일(1개)의 노즐 관으로 구성된다고 하면, 스월수 Sw가 3으로 되는 노즐 관의 내경(원환산의 내경. 즉, 노즐 관 내부의 단면적을 원의 면적으로 환산했을 때의 해당 원의 직경. 이하, 「노즐 관의 내경」이라고 할 경우에는, 동등한 의미로 함.)은 가스 노즐(3a)이 21㎜(개구(2a)에서의 연료 가스 속도: 7㎧), 가스 노즐(3b)이 21㎜(개구(2b)에서의 연소-지지 가스 속도: 5㎧)가 된다. 그러나, 이와 같이 가스 노즐(3a, 3b)을 단일의 노즐 관으로 구성한 경우에는, 도 23의 Ⅱ-Ⅱ선 단면에 있어서, 노즐 관의 내경이 연소실 내경의 약 4/10가 되어, 연료 가스 및 연소-지지 가스 모두, 연소실 중심방향(축심)으로의 흐름이 증가하고, 양호한 선회류가 형성되기 어려워진다. 이 때문에 축심측에 존재하는 고온 연소 배기 가스가 냉각될 우려가 있고, 본 발명의 효과가 저하될 가능성이 있다. 도 32는 개구(2a, 2b)가 형성된 위치에서의 연소실 내부의 직경방향 단면을 모식적으로 나타내고 있고, 연소실(1)의 반경을 R, 연소실 직경방향에서의 가스 노즐(3a, 3b)의 내부폭 또는 실제 내경을 t라고 했을 때, 개구(2a, 2b)로부터 취입되는 가스류의 중심 위치(=가스 노즐(3a, 3b)의 축중심)는 연소실(1)의 중심으로부터 거리 (R-t/2)의 위치에 있다. 여기서, R에 대해 t가 커지면, 연소실 중심방향(축심)으로의 흐름이 증가해서 양호한 선회류가 형성되기 어려워지고, 관형상 화염이 관벽으로부터 떨어진 위치에 형성되어 연소가 불안정하게 되기 쉽다. 이와 같은 관점으로부터 (R-t/2)/R≥0.8이 바람직하지만, 상기의 예에서는 이 바람직한 조건으로부터 벗어나 버린다.

이것에 대해, 가스 노즐(3a, 3b)을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관 (300a, 300b)으로 구성한 경우에는, 노즐 관 1개당의 내경이 작아지므로, 상기와 같은 문제가 생기기 어렵고, 스월수 Sw를 바람직한 범위로 하면서, 양호한 선회류를 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 연료 가스용의 가스 노즐(3a)과 연소-지지 가스용의 가스 노즐(3b)은 각각 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관(300a, 300b)으로 구성하는 것이 바람직하다. 마찬가지의 이유에서, 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 가스 노즐을 갖는 연소 버너나, 도 3의 실시형태와 같은 수소 가스 취입용의 가스 노즐(3c)을 갖는 연소 버너에 대해서도, 그들 가스 노즐을 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성하는 것이 바람직하다.

다음에, 이상과 같은 연소 버너에 의한 고로 가스의 연소 방법을 적용한 고로 조업 방법에 대해 설명한다.

이 본 발명의 고로 조업 방법은 공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어 송풍하는 고로 조업, 즉 보통 고로의 조업을 대상으로 한다. 산소 부화 공기를 트와이어 송풍할 경우에는, 통상, 산소 부화율 20체적％이하, 바람직하게는 10체적％이하에서의 조업이 실행된다. 또한, 산소 부화율이 증가하는 것에 따라 로내를 통과하는 가스량이 줄어들고, 샤프트 상부를 승온하기 위해 필요한 취입 가스량이 대폭으로 증가하기 때문에, 이 점으로부터도 상기와 같은 산소 부화율에서의 조업이 바람직하다.

도 30은 본 발명의 고로 조업 방법의 1실시형태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도면에 있어서, 20은 고로, 21은 그 트와이어이고, 이 트와이어(21)로부터 열풍과 보조 환원재(예를 들면, 미분탄, LNG 등)가 로내에 취입된다.

이와 같이 가스 취입부 A로부터 예열 가스를 고로내에 취입하는데에 있어서, 본 발명에서는 가스 취입부 A를, 앞서 기재한 바와 같은 연소 버너(예를 들면, 도 23 및 도 24의 연소 버너, 도 25의 연소 버너, 도 26∼도 29의 연소 버너 중의 어느 하나)의 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 a로 구성하고, 이 가스 연소/취입 장치 a의 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것이다. 즉, 도 23이나 도 26에 있어서, x가 고로(20)의 노체이고, 연소실(1)의 선단을 고로 내부와 연통시키도록 해서 연소 버너를 노체 x에 부착하고, 가스 연소/취입 장치 a를 구성한다.

이와 같은 가스 연소/취입 장치 a의 기본 구조는 관형상 화염 버너로서 알려진 것이다. 그러나, 이 관형상 화염 버너는 가열로나 연소 기기용으로서 개발되고, 사용되어 온 것이고, 고로의 가스 취입 수단에 적용하는 것에 대해서는, 전혀 검토되고 있지 않았다. 또, 최근의 고로 조업은 고압 조건으로 실행되고, 예열 가스는 취입 위치의 로내압보다 높은 압력으로 승압해서 취입할 필요가 있지만, 관형상 화염 버너는 상압 상태에서의 사용을 전제로 하고 있고, 상기와 같은 압력 조건 하에서 사용하는 것에 대해서도, 전혀 검토되고 있지 않았다. 이것에 대해 본 발명에서는 고로 가스를 연소시켜 예열하고, 이것을 고로 샤프트부로부터 로내에 취입하는 수단으로서, 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a가 대단히 뛰어난 기능을 갖는 것을 발견한 것이다. 또, 고로 가스를 연료 가스로서 이용할 경우, 앞서 기재한 바와 같이 고로 가스에 수소를 첨가하는 것에 의해, 안정적인 연소가 가능해지는 것을 발견한 것이다.

도 30의 실시형태에서는 로 꼭대기부로부터 배출된 후, 가스 청정 장치(집진기(22) 및 미스트 세퍼레이터(23)), 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)를 거친 고로 가스의 일부를 빼내고, 승압기(25a)에서 승압한 후, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입한다. 수소를 고로 가스에 혼합하기 위해서는, 고로 가스의 배관내에 수소를 직접 도입하거나, 또는 도시하지 않는 혼합기를 이용해서 고로 가스에 수소를 혼합하고, 수소 혼합 고로 가스로 한다. 고로 (20)의 로 꼭대기부로부터 배출되는 고로 가스의 유로(27) 중, 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측의 유로 부분으로부터, 고로 가스의 일부를 가스 연소/취입 장치 a에 공급하기 위한 유로(28)가 분기되어 있다.

또, 가스 연소/취입 장치 a에는 산소 함유 가스(공기, 산소 부화 공기, 고산소 농도 가스 등)인 연소-지지 가스가 공급되지만, 이 연소-지지 가스도 승압기 (25b)에서 승압한 후, 가스 연소/취입 장치 a에 도입한다. 또한, 가스 연소/취입 장치 a에서 고로 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 이용할 경우에는, 사전에 승압기(25a, 25b)에서 고로 가스와 연소-지지 가스를 따로따로 승압해도 좋고, 예혼합 가스를 단일의 승압기(25)에서 승압해도 좋다. 이 경우, 연소-지지 가스와 예혼합되기 전의 고로 가스에 수소를 도입(또는 혼합기로 수소를 혼합)하거나, 또는 예혼합 가스에 수소를 도입(또는 혼합기로 수소를 혼합)한다.

또, 도 25에 나타내는 연소 버너의 경우에는 수소는 승압기에서 승압된 후, 고로 가스와는 별도로 가스 연소/취입 장치 a에 도입되고, 그 연소실에 취입된다.

또, 도 26∼도 29에 나타내는 연소 버너의 경우에는, 고로내에 취입된 연소 가스중의 CO₂에 의해서 코크스가 소비되고, 또는 로내에서 환원된 철광석(마그네타이트)이 재산화되는 일이 없도록, 연소 가스를 희석해서 그 온도나 조성을 관리하기 위해, 가스 노즐(14)로부터 희석 가스가 연소실(1)내에 공급된다. 앞서 기재한 바와 같이, 희석 가스로서는 CO, H₂ 등의 환원 가스를 포함하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 고로 가스, 전로 가스, 코크스로 가스 등의 1종 이상을 이용할 수 있고, 그 중에서도 고로 가스의 일부를 빼내서 희석 가스로서 이용하는 것이 바람직하다. 또, 예열 가스의 온도는 500℃이상, 바람직하게는 800℃이상이 바람직하므로, 이와 같은 예열 가스 온도가 되도록 희석 가스의 온도와 공급량이 선택된다.

다음에, 본 발명에 있어서 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a를 이용하고, 또한 연료 가스인 고로 가스(특히, 저환원재비 조업으로 발생하는 고로 가스를 이용할 경우)에 수소를 첨가하는 것에 의해 얻어지는 효과를, 종래의 다른 타입의 가스 버너를 이용한 경우와 비교해서 설명한다.

또, 순수 산소 송풍을 실행하는 산소 고로 프로세스의 로 꼭대기 가스는 질소가 적고 CO가 주체인 가스이기 때문에, 발열량이 높다(예를 들면, 약 1200㎉/N㎥). 이 때문에 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에서도 특별한 문제 없이 연료 가스로서 사용할 수 있다. 이것에 대해 본 발명이 대상으로 하는 보통 고로 프로세스에서 발생하는 고로 가스는 발열량이 낮고(예를 들면, 약 800㎉/N㎥), 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에 적용해도 안정 연소는 어렵다. 또, 저 RAR 조업을 지향한 경우에는, 고로 가스의 발열량은 더욱 저하된다. 예를 들면, 고로내 물질 열수지 모델로 계산하면, 고로 가스의 발열량은 (1) RAR 494㎏/t 상당의 조업(PCR: 130㎏/t, 송풍 온도: 1150℃)에서는 722㎉/N㎥, (2) RAR 450㎏/t 상당의 조업(PCR: 130㎏/t, 송풍 온도: 1200℃, 고반응성 코크스 사용, 열손실을 43% 저감, 샤프트 효율을 상기 (1)의 조업에 대해 2% 올림)에서는 620㎉/N㎥, (3) RAR 412㎏/t 상당의 조업(PCR: 130㎏/t, 송풍 온도: 1200℃, 고반응성 코크스 사용, 열손실을 57% 저감, 샤프트 효율을 상기 (1)의 조업에 대해 4% 올림)에서는 517㎉/N㎥가 된다. 동일 계산에서는 상기 (2) 및 (3)의 조업에 있어서, 고로 로 꼭대기 가스의 온도는 110℃이하가 된다. 거기서, 예를 들면, 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 일부를 빼내고, 산소로 연소시킨 예열 가스를 샤프트부로부터 로내에 취입하고, 고로 로 꼭대기 가스 온도를 110℃이상으로 유지한 경우, 고로 가스 발열량은 더욱 저하된다. 예를 들면, 상기 (2)의 조업에 있어서, 800℃의 예열 가스를 100N㎥/t 취입한 경우, 고로 가스 발열량은 590㎉/N㎥가 되고, 또, 상기 (3)의 조업에 있어서, 800℃의 예열 가스를 150N㎥/t 취입한 경우, 고로 가스 발열량은 477㎉/N㎥가 된다. 이와 같은 저 RAR 조업에 의한 고로 가스 발열량의 저하는 상기와 같은 종래의 일반적인 가스 버너에 의한 안정된 연소를 더욱 곤란하게 한다.

이상과 같은 종래의 일반적인 가스 버너의 문제에 대해, 본 발명에 있어서 관형상 화염 버너 타입의 가스 연소/취입 장치 a를 이용하고, 또한 연료 가스로서 이용되는 고로 가스에 수소를 첨가해서 안정 연소시키는 것에 의해, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(a) 연소실(1)내에서 가스가 연소하고, 연소실(1)의 외측에는 화염이 존재하지 않으므로, 고로 상부로부터 강하하는 장입물(철광석, 코크스)에 직접 화염이 닿지 않아, 장입물에 끼치는 영향이 적다. 또, 동일하게 연소실(1)의 외측에 화염이 존재하지 않으므로, 고로의 로내압이나 그 변동, 블로바이 등에 영향 주는 일 없이 안정된 화염이 형성되고, 원하는 온도의 연소 가스를 로내에 안정적으로 취입할 수 있다.

(b) 로내에 취입하는 예열 가스는 취입하는 위치의 로내압보다 높은 압력을 가질 필요가 있고, 따라서, 실질적으로 가스 연소/취입 장치 a의 연소실(1)내에서는 가압 하에서 가스 연소가 생기는 것이 필요하지만, 이와 같이 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 특히 고로 가스를 안정하여 연소시키는데에 유리한 조건으로 된다. 가스 연소/취입 장치 a에서는 연소실(1)내에 안정적인 화염이 형성되고, 고로 가스와 연소-지지 가스의 혼합성도 좋기 때문에, 가스를 효율적이며 또한 균질하게 연소시키는 것이 가능하지만, 특히, 상술한 바와 같이 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 표준 상태에서의 발열량에 대해, 가스 밀도가 증가하는 것으로부터 겉보기의 발열량이 증가한다. 이 때문에, 연료 가스가 고로 가스와 같은 저발열량 가스라도, 고로 가스중으로의 수소의 첨가와 더불어, 안정하여 연소시키는 것이 가능해진다.

(c) 동일하게 연소실(1)이 가압 상태가 되는 것에 의해, 가스 밀도가 높아지고, 고로 가스의 홀딩하는 열량을 유효하게 연소 가스에 전달할 수 있다. 특히, 연소실(1)의 내벽면(100) 부근에는 미연소의 가스 및 연소-지지 가스가 존재하고 있으므로, 연소실(1)의 내벽면(100)이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일이 없고, 관벽으로부터의 열손실이 적은 것에 의해, 그 효과가 더욱 높아진다.

(e) 연소실(1)내에서 안정된 화염이 형성되는 것에 의해서, 로내에 취입되는 예열 가스(연소 가스)의 온도의 편차가 작고, 노하부로부터의 고로 가스와 노상부로부터 강하하는 장입물의 온도를 편차 없이 상승시킬 수 있다.

로 둘레방향에 있어서의 가스 취입부 A의 설치 수나 설치 형태는 특히 한정하지 않지만, 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 복수 개소에 설치하는 것이 바람직하다. 특히, 적어도, 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 n개소(단, n은 4이상의 짝수)에 설치하고, 예열 가스의 취입 총량에 따라, 상기 n개소의 가스 취입부 A중으로부터, 예열 가스의 취입을 실행하는 가스 취입부 A를 로 둘레방향에 있어서 등간격으로 선택하는 것이 바람직하다. 이 경우의 가스 취입부 A의 등간격에서의 설치 수는 4, 8, 16, 32, 64 등이다. 또한, 실제의 설비에서는 가스 취입부 A를 로 둘레방향에서 엄밀하게 등간격으로 설치하는 것은, 노체 냉각 구조 등과의 관계로부터 곤란한 경우도 있으므로, 설치하는 위치의 약간의 어긋남은 허용된다.

본 발명은 저발열량이며 또한 지근 장소로부터 도입 가능한 고로 가스를 가스 연소/취입 장치 a의 연료 가스로서 이용하는 것이지만, 그 중에서도, 로 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 일부를 적당한 유로 위치부터 빼내고, 연료 가스로서 이용하는 것이, 에너지의 유효 이용(가스 현열을 그대로 이용할 수 있음)의 면으로부터도, 또, 설비면으로부터도 특히 바람직한 실시형태라고 말할 수 있다. 또, 고로 가스로서는, 가스 청정 장치(집진기(22), 미스트 세퍼레이터(23))의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스, 로 꼭대기부와 가스 청정 장치 사이로부터 빼낸 고로 가스, 가스 홀더에 저장되어 있는 고로 가스 등을 이용해도 좋다.

[실시예]

[실시예 1]

도 8에 나타내는 구조의 연소 버너의 시험 장치를 이용해서, 표 2에 나타내는 조건으로, 수소를 첨가한 고로 가스 및 연소-지지 가스(공기)를 이용한 연소 시험을 실행했다. 이 시험 장치의 연소실은 내경: 50㎜, 전체 길이: 300㎜이고, 그 내벽면에 형성된 고로 가스 취입용의 개구(노즐 슬릿)는 길이: 48㎜, 폭: 5㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 개구(노즐 슬릿)는 길이: 31㎜, 폭: 5㎜이다.

비교예 1에서는 연료 가스로서 RAR 443㎏/t 상당의 조업에서의 고로 가스를, 비교예 2에서는 연료 가스로서 RAR 446㎏/t 상당의 조업에서의 고로 가스를 각각 이용해서, 연소 시험을 실행했다. 한편, 발명예 1, 3, 4에서는 연료 가스로서 RAR 443㎏/t 상당의 조업에서의 고로 가스를 이용해서, 이것에 수소를 첨가해서 연소 시험을 실행했다. 또, 발명예 2에서는 연료 가스로서 RAR 446㎏/t 상당의 조업에서의 고로 가스를 이용해서, 이것에 수소를 첨가해서 연소 시험을 실행했다. 모두, 고로 가스(발명예에서는 수소를 혼합한 고로 가스): 30N㎥/h에 대해 공기를 공급했다.

△: 화염이 맥동하지만, 실화는 인정되지 않는다(양호)

×: 화염이 맥동하고, 압력 변동에 의해 실화(불가)

[실시예 2]

연료 가스용의 가스 노즐과 연소-지지 가스용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 개수가 다른 연소 버너의 시험 장치를 이용해서, 표 3에 나타내는 조건으로, 연료 가스(수소 혼합 고로 가스) 및 연소-지지 가스(공기)를 이용한 연소 시험을 실행했다. 여기서, 각 가스 노즐이 1개(단일)의 노즐 관으로 구성되는 연소 버너는 도 23 및 도 24의 실시형태와 같은 구조의 가스 노즐을 갖는 버너이고, 각 가스 노즐이 복수개의 노즐 관으로 구성되는 연소 버너는 도 26∼도 29의 실시형태와 같은 구조의 가스 노즐을 갖는 버너이다.

시험예 1∼4에서 사용한 연소 버너는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜이다. 시험예 5에서 사용한 연소 버너는, 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 6㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 6㎜이다. 시험예 6에서 사용한 연소 버너는 연료 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜, 동일하게 연소-지지 가스 취입용의 가스 노즐을 구성하는 노즐 관의 내경이 10㎜이다.

연료 가스로서 이용한 고로 가스(수소 혼합 고로 가스)는 가스 조성이 CO: 22vol%, CO₂: 21vol%, H₂: 5vol%, N₂: 52vol%이고, 발열량이 792㎉/N㎥이다. 이 연료 가스: 30N㎥/h에 대해, 이론 산소량이 1이 되도록, 연소-지지 가스로서 공기: 19.5N㎥/h를 공급했다. 적용한 시험 로의 로내압은 245㎪이다.

시험예 1∼6에 있어서, 연소실내의 관찰(도 31에 나타내는 바와 같은 감시창으로부터의 관찰)과 연소 배기 가스의 가스 조성 분석을 실행하고, 연소 상황을 하기 기준으로 평가했다. 그 결과를 가스 노즐의 구성, 가스 유량, 스월수 Sw, 연소 가스 조성(시험예 6에서는, 희석 가스를 첨가한 후의 가스 조성) 등과 함께 표 3에 나타낸다.

[실시예 3]

로내 용적 5000㎥의 고로에 있어서, 도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같은 가스 연소/취입 장치 a를 이용해서, 도 30에 나타내는 바와 같은 실시형태로 본 발명을 실시했다. 조업 조건은 미분탄 취입량: 130㎏/t, 코크스비: 320㎏/t, 송풍 온도: 1150℃(습기분: 10g/N㎥)로 하고, 고반응성 코크스를 사용했다. 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스(CO: 17.7vol%, CO₂: 23.1vol%, H₂: 2.4vol%, H₂O: 3.6vol%, N₂: 53.2vol%)를 승압기(25a)에서 로내압보다 0.2atm 높은 압력으로 승압하고, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입했다. 그 때, 고로 가스에 대해, 수소 농도가 4.0vol%가 되도록 수소를 첨가하고, 수소 혼합 고로 가스로 했다. 또, 공기를 승압기 (25b)에서 승압하고, 가스 연소/취입 장치 a에 연소-지지 가스로서 도입했다.

가스 연소/취입 장치 a에서는, 수소 혼합 고로 가스 100N㎥/t를 공기 37.8N㎥/t로 연소시켜 800℃의 연소 가스를 생성시키고, 이것을 예열 가스로서 로내에 취입했다. 가스 연소/취입 장치 a에서의 산소비는 0.736이고(이론 산소량에 대해), 예열 가스의 조성은 CO: 3.5vol%, CO₂: 27.3vol%, H₂: 0.8vol%, H₂O: 5.0vol%, N₂: 63.3vol%이다. 이와 같은 예열 가스의 취입에 의해, 로 꼭대기 가스 온도는 149℃가 되고, 고로 조업에서의 배관내로의 수분의 응축도 완전히 회피되어, 안정된 조업이 가능해졌다. 예열 가스를 취입하지 않을 경우는, 물질 열수지의 계산으로부터 97℃로 산출된다.

[실시예 4]

로내 용적 5000㎥의 고로에 있어서, 도 26∼도 29에 나타내는 바와 같은 가스 연소/취입 장치 a를 이용해서, 도 8에 나타내는 바와 같은 실시형태로 본 발명을 실시했다. 고로 조업 조건은 실시예 3과 마찬가지로 했다. 로 꼭대기 가스 발전 장치(24)의 하류측으로부터 빼낸 고로 가스(CO: 17.7vol%, CO₂: 23.1vol%, H₂: 2.4vol%, H₂O: 3.6vol%, N₂: 53.2vol%)를 승압기(25a)에서 로내압보다 0.2atm 높은 압력으로 승압하고, 가스 취입부 A를 구성하는 가스 연소/취입 장치 a에 연료 가스로서 도입했다. 그 때, 고로 가스에 대해, 수소 농도가 4.0vol%가 되도록 수소를 첨가하고, 수소 혼합 고로 가스로 했다. 또, 공기를 승압기(25b)에서 승압하고, 가스 연소/취입 장치 a에 연소-지지 가스로서 도입했다.

가스 연소/취입 장치 a에서는, 수소 혼합 고로 가스 73.6N㎥/t를 공기 37.8N㎥/t(산소비 1.0)로 연소시키는 동시에, 연소실내에 희석 가스(BFG)를 26.4N㎥/t 공급하는 것에 의해, 800℃의 연소 가스를 생성시키고, 이것을 예열 가스로서 로내에 취입했다. 예열 가스의 조성은 실시예 3과 마찬가지이다. 이와 같은 예열 가스의 취입에 의해, 로 꼭대기 가스 온도는 147℃가 되고, 고로 조업에서의 배관내로의 수분의 응축도 완전히 회피되어, 안정된 조업이 가능해졌다. 예열 가스를 취입하지 않을 경우는, 물질 열수지의 계산으로부터 97℃로 산출된다.

1; 연소실 2a, 2b, 2c₁, 2c₂; 개구
3a, 3b, 3c₁, 3c₂; 가스 노즐 4; 혼합실
5; 연료 가스 공급관 6; 수소 공급관
7; 연소-지지 가스 공급관 8, 9, 10; 유량 조정 벨브
11; 유량계 12; 연소 상황 검지 장치
13; 점화 플러그 14; 가스 노즐
15; 개구 16; 가스 취입구
17a∼17d; 가스 취입구군 18; 헤더 관
19; 연락 관 20; 고로
21; 트와이어(tuyere) 22; 집진기
23; 미스트 세퍼레이터 24; 로 꼭대기 가스 발전 장치
25a, 25b; 승압기 26_A, 26_B; 센서
27, 28; 유로 100; 내벽면
103; 취입구 104; 연결 관
140; 노즐 관 150; 개구

Claims

공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어(tuyere)로부터 고로내에 취입하는 고로(高爐, blast furnace) 조업 방법에 있어서,
예열 가스를 샤프트부에 설치된 가스 취입부 (A)로부터 고로내에 취입하는데에 있어서, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스 (combustion-supporting gas)를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합(予混合, premixed) 가스를 취입하기 위한 개구를, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 가스 취입부 (A)를 구성하고, 해당 가스 연소/취입 장치 (a)에서 생성된 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하고,
가스 연소/취입 장치 (a)에 공급되는 연료 가스는 고로 가스인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)를 구성한 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 상기 가스 연소/취입 장치 (a)의 축선방향으로 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내의 가스류는 3∼10의 스월(swirl)수 Sw를 갖는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단을, 가스 도관을 통해 고로 내부와 연통시키는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 7 항에 있어서,
가스 도관은 헤더 관이고, 해당 헤더 관에는 노체(爐體)에 형성된 복수의 가스 취입구가 연락 관을 통해 접속되는 동시에, 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단이 접속되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연소 가스의 고로내로의 취입은, 연료 가스로서 발열량이 1000㎉/N㎥이하의 가스를 이용하는 동시에, 연소실에 취입되기 전의 연료 가스 또는/및 연소실에 취입된 연료 가스에 수소를 첨가해서 연소시키고, 그 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 연료 가스는 CO를 함유하는 연료 가스이고, 상기 수소는 상기 연료 가스의 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 연료 가스와 연소-지지 가스 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스는 가스 연소/취입 장치 (a)의 축선방향으로 병렬로 설치된 복수의 노즐 관으로부터 취입되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 연료 가스는 고로 가스인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구가 설치된 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 다른 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구가 설치된 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 13 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 9 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연소 가스의 고로내로의 취입은, 연료 가스로서 고로 가스를 이용하는 동시에, 연소실에 취입되기 전의 고로 가스 또는/및 연소실에 취입된 고로 가스에 수소를 첨가해서 연소시키고, 그 연소 가스를 예열 가스로서 고로내에 취입하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 연료 가스는 고로 가스이고, 상기 연료 가스의 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 상기 수소가 첨가되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
연소실의 내벽면에, 또한, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구를 형성한 가스 연소/취입 장치 (a)를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 18 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
공기 또는 산소 부화 공기를 트와이어 송풍하는 고로에 있어서,
가스 취입부 (A)를 샤프트부에 설치하고, 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 고로 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 고로 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 가스 취입부 (A)를 구성하고, 해당 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소 가스가 고로내에 취입되는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 26 항에 있어서,
상기 가스 취입부 (A)는 선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 고로 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 고로 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 26 항에 있어서,
고로의 로(爐) 꼭대기부로부터 배출된 고로 가스의 유로로부터 고로 가스의 일부를 빼내고, 가스 연소/취입 장치 (a)에 공급하기 위한 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 26 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)에 공급되는 고로 가스와 연소-지지 가스를 각각 승압(昇壓)하기 위한, 또는 고로 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 승압하기 위한 승압기를 구비하는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 26 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)에 있어서, 연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 고로 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 고로 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 장치의 축선방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 26 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)는 연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 26 항에 있어서,
가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단을, 가스 도관을 통해 고로 내부와 연통시키는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
제 32 항에 있어서,
가스 도관은 헤더 관이고, 해당 헤더 관에는 노체에 형성된 복수의 가스 취입구가 연락 관을 통해 접속되는 동시에, 가스 연소/취입 장치 (a)의 연소실의 선단이 접속되는 것을 특징으로 하는 고로 설비.
선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성한 연소 버너에 있어서, 발열량이 1000㎉/N㎥이하의 가스를 연료 가스로서 이용할 때에, 연소실에 취입되기 전의 연료 가스 또는/및 연소실에 취입된 연료 가스에 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)를 구성한 것을 특징으로 하는 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
CO를 함유하는 연료 가스에, 상기 연료 가스의 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연료 가스는 고로 가스인 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구가 형성된 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구가 형성된 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 34 항에 있어서,
연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성한 연소 버너에 있어서, 고로 가스를 연료 가스로서 이용할 때에, 연소실에 취입되기 전의 고로 가스 또는/및 연소실에 취입된 고로 가스에 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
선단이 개방된 관형상의 연소실의 내벽면에, 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 취입하기 위한, 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 취입하기 위한 개구를 형성하고, 상기 연소실의 선단을 고로 내부와 연통시킨 가스 연소/취입 장치 (a)에서, 상기 가스 취입부 (A)를 구성한 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
고로 가스에, 상기 고로 가스의 단열 화염 온도가 750℃이상이 되도록 수소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 개구를 통해 연소실내에 연료 가스와 연소-지지 가스를 각각 공급하기 위한 가스 노즐 또는 연료 가스와 연소-지지 가스의 예혼합 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 가스를 취입하기 위한 다른 개구가 형성된 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 연소실내에서 가스 선회류가 생기도록 해당 내벽면의 대략 접선방향으로 가스를 취입하기 위한 다른 개구가 형성된 연소 버너를 이용해서, 상기 개구로부터 연소실내에 수소를 취입하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
연소실의 내벽면에 형성된 다른 개구를 통해 연소실내에 수소를 공급하기 위한 가스 노즐이, 버너축 방향에서 병렬한 복수의 노즐 관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
연소실내의 가스류의 스월수 Sw를 3∼10으로 하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.
제 44 항에 있어서,
연소실내에, 연소 가스를 희석해서 가스 온도 또는/및 가스 조성을 조정하는 희석 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 연소 버너에 의한 저발열량 가스의 연소 방법.