JP6977739B2 - Method of blowing granular solid reducing agent - Google Patents
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Description
本発明は、粒状固体還元材を高炉に吹込む高炉用羽口、高炉用羽口設備およびこれらを用いた粒状固体還元材の吹込み方法に関する。 The present invention relates to a blast furnace tuyere for blowing a granular solid reducing agent into a blast furnace, a blast furnace tuyere facility, and a method for blowing a granular solid reducing agent using these.
近年、製鉄所では、地球環境問題や化石燃料枯渇問題から省エネが強く求められている。これを受け、最近の高炉操業は、低還元材比(低RAR)操業が強力に推進されている。一般的な高炉では、羽口から微粉炭と1200℃程度の熱風とを吹込み、コークスおよび微粉炭と熱風中の酸素が反応し、COおよびH2ガスといった還元ガスを生成させ、これらの還元ガスにより高炉内の鉄鉱石等を還元している。以前は、コークスのみ、もしくはコークスと羽口から吹込んだ重油を還元材とした操業が主流であったが、現在では100μm以下に微粉砕した微粉炭を羽口から吹込む微粉炭吹込み技術が確立され、還元材の一部がコークスから微粉炭へと置き換えられている。さらに近年では後述のように廃プラスチックなどの還元材も高炉に吹込む技術が確立されている。これら羽口吹込み技術の発達により製銑工程におけるエネルギー使用量は大幅に削減された。 In recent years, energy saving has been strongly demanded in steelworks due to global environmental problems and fossil fuel depletion problems. In response to this, in recent blast furnace operations, low reducing agent ratio (low RAR) operations are being strongly promoted. In a typical blast furnace, blowing the pulverized coal and 1200 ° C. about hot air from tuyere and oxygen react coke and pulverized coal and hot air, to produce a reducing gas such as CO and H 2 gas, these reducing Iron ore in the blast furnace is reduced by gas. Previously, the mainstream operation was to use only coke or heavy oil blown from coke and tuyere as a reducing agent, but nowadays, fine pulverized coal that is finely pulverized to 100 μm or less is blown from the tuyere. Has been established, and some of the reducing agents have been replaced from coke to pulverized coal. Furthermore, in recent years, as will be described later, a technique for blowing reducing materials such as waste plastic into a blast furnace has been established. With the development of these tuyere blowing technologies, the amount of energy used in the ironmaking process has been significantly reduced.
高炉において、羽口から吹込まれた微粉炭等の還元材は、一緒に吹込まれる酸素含有ガスと燃焼反応を起こす。還元材と反応せずに残った酸素、還元材との燃焼反応で生じた二酸化炭素(CO2)および水蒸気(H2O)は、羽口の前方にあるコークス充填層のコークスと反応し、最終的に一酸化炭素(CO)、水素(H2)、窒素(N2)から構成される高温の還元性ガス(以下、ボッシュガスと記載する)となる。羽口先において吹込み還元材が燃焼する量が多ければ多いほどコークスの消費量は少なくなるので、羽口先における吹込み還元材の燃焼率の向上は、製銑工程の省エネにおいて極めて重要になる。 In the blast furnace, the reducing agent such as pulverized coal blown from the tuyere causes a combustion reaction with the oxygen-containing gas blown together. The oxygen remaining without reacting with the reducing agent, carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O) generated by the combustion reaction with the reducing material react with the coke in the coke packed bed in front of the tuyere. Finally, it becomes a high-temperature reducing gas (hereinafter referred to as bosh gas) composed of carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and nitrogen (N 2). The larger the amount of the blown reducing agent burned at the tuyere tip, the smaller the amount of coke consumed. Therefore, improving the burning rate of the blown reducing agent at the tuyere tip is extremely important for energy saving in the ironmaking process.
羽口先で生成されたボッシュガスは、鉄鉱石を還元する機能を担うガスであると同時に、羽口前のコークスを押し出して、羽口前にレースウェイと呼ばれる燃焼空間を形成する役割を果たす。レースウェイは羽口から吹込まれた微粉炭等の還元材を十分燃焼させるために必須となる空間であり、仮にレースウェイが形成できないと、羽口から吹込まれた還元材の燃焼率は著しく低下する。したがって、高炉および製銑工程の省エネを達成するには、羽口前にレースウェイを形成させ、そのレースウェイに還元材を安定して供給することが重要になる。 The Bosch gas generated at the tip of the tuyere is a gas that has the function of reducing iron ore, and at the same time, it pushes out the coke in front of the tuyere and plays a role of forming a combustion space called a raceway in front of the tuyere. The raceway is a space that is indispensable for sufficiently burning the reducing material such as pulverized coal blown from the tuyere, and if the raceway cannot be formed, the combustion rate of the reducing material blown from the tuyere will drop significantly. do. Therefore, in order to achieve energy saving in the blast furnace and the ironmaking process, it is important to form a raceway in front of the tuyere and to stably supply the reducing agent to the raceway.
なお、高炉技術の進歩に伴い、羽口から微粉炭以外の様々な原料を吹込む技術が開発されている。一般的な羽口吹込み材は前述の微粉炭であるが、そのほかの代表的な羽口吹込み材としては、プラスチック吹込み技術がある。特許文献1には、フィルム状樹脂から含塩素高分子樹脂材を分離除去したうえで溶融固化して粒状合成樹脂に加工し、またフィルム状以外の樹脂は含塩素高分子樹脂を分離除去及び粉砕処理して粒状化し、これを気流輸送して高炉に吹込む方法が開示されている。
With the progress of blast furnace technology, technology for blowing various raw materials other than pulverized coal from the tuyere has been developed. The general tuyere blowing material is the above-mentioned pulverized coal, but another typical tuyere blowing material is plastic blowing technology. In
特許文献1に開示された技術では、廃プラスチックを6mm程度の粒状物に加工し、25mmの吹込みランスから高炉に吹込んでいる。しかしながら、実高炉で長期間にわたり廃プラスチック吹込み操業を行った結果によれば、微粉炭に対し粒径の大きい廃プラスチックは摩耗力が高いので、長期間にわたって廃プラスチックの吹込み操業を行うと羽口やランスの損耗を引き起こす。さらには、多量の廃プラスチックを気流輸送で搬送すると、ある頻度でランスや配管において詰まりが発生する。現状の羽口やランスの設備仕様のまま廃プラスチックの吹込み量の増やすと、羽口やランスの損耗や詰まりによるトラブルが増大し、実質的に高炉の操業が困難になる。
In the technique disclosed in
本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、羽口摩耗や羽口詰まりの発生の増大を抑制できる高炉用羽口、高炉用羽口設備およびこれらを用いた粒状固体還元材吹込み方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a blast furnace tuyere that can suppress an increase in tuyere wear and tuyere clogging, a blast furnace tuyere facility, and a granular solid reducing agent blowing using these. The purpose is to provide a crowding method.
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
[1]高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口であって、酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔と、前記主流通孔の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔と、を有し、前記副流通孔は、前記主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに前記粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる、高炉用羽口。
[2]前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離Lが下記(1)式を満足する、[1]に記載の高炉用羽口。
L≦0.48×{(ρf×V2)/(ρp×d)}1/4−1/2D・・・(1)
上記(1)式で、Lは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離(m)であり、ρfはボッシュガス密度(kg/m3)であり、Vは羽口あたりのボッシュガス流量(m3/s)であり、ρpはコークスの見かけ密度(kg/m3)であり、dはコークスの粒径(m)であり、Dは前記主流通孔の内径(m)である。
[3]高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口設備であって、酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔を有する主流羽口と、前記主流羽口の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔を有する副流羽口と、を有し、前記副流羽口は、前記主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに、前記副流通孔から前記粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる、高炉用羽口設備。
[4]前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離Lが下記(1)式を満足する、[3]に記載の高炉用羽口設備。
L≦0.48×{(ρf×V2)/(ρp×d)}1/4−1/2D・・・(1)
上記(1)式で、Lは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離(m)であり、ρfはボッシュガス密度(kg/m3)であり、Vは羽口あたりのボッシュガス流量(m3/s)であり、ρpはコークスの見かけ密度(kg/m3)であり、dはコークスの粒径(m)であり、Dは前記主流通孔の内径(m)である。
[5][1]または[2]に記載の高炉用羽口を用いた粒状固体還元材の吹込み方法であって、主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、副流通孔から前記レースウェイに粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
[6][3]または[4]に記載の高炉用羽口設備を用いた粒状固体還元材の吹込み方法であって、主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、副流通孔から前記レースウェイに粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
[7]前記酸素を含む気体は、酸素を60体積%以上含む気体である、[5]または[6]に記載の粒状固体還元材の吹込み方法。
[8]前記粒状固体還元材は、廃プラスチックである、[5]から[7]の何れか1つに記載の粒状固体還元材の吹込み方法。
The features of the present invention for solving such a problem are as follows.
[1] A blast furnace tuyere for blowing a granular solid reducing agent into a blast furnace, the main flow hole for blowing a gas containing oxygen into the blast furnace, and the granular solid reducing material installed above the main flow hole. The sub-flow hole is provided at a position where the granular solid reducing agent can be blown into the raceway formed by the gas containing oxygen blown from the main flow hole. Blast furnace tuyere.
[2] The blast furnace tuyere according to [1], wherein the distance L between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole satisfies the following equation (1).
L ≦ 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 -1 / 2D ... (1)
In the above equation (1), L is the distance (m) between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole, ρf is the Bosch gas density (kg / m 3 ), and V. Is the bosh gas flow rate per tuyere (m 3 / s), ρp is the apparent density of coke (kg / m 3 ), d is the particle size of coke (m), and D is the main flow hole. Is the inner diameter (m) of.
[3] A blast furnace tuyere facility for blowing a granular solid reducing agent into a blast furnace, which is installed above the mainstream tuyere and a mainstream tuyere having a main flow hole for blowing a gas containing oxygen into the blast furnace. The side flow tuyere has a side flow tuyere having a secondary flow hole for blowing the granular solid reducing material, and the side flow tuyere is formed in a raceway formed by a gas containing oxygen blown from the main flow hole. , A blast furnace tuyere facility provided at a position where the granular solid reducing agent can be blown from the sub-flow hole.
[4] The blast furnace tuyere equipment according to [3], wherein the distance L between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole satisfies the following equation (1).
L ≦ 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 -1 / 2D ... (1)
In the above equation (1), L is the distance (m) between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole, ρf is the Bosch gas density (kg / m 3 ), and V. Is the bosh gas flow rate per tuyere (m 3 / s), ρp is the apparent density of coke (kg / m 3 ), d is the particle size of coke (m), and D is the main flow hole. Is the inner diameter (m) of.
[5] The method for blowing a granular solid reducing agent using the tuyere for a blast furnace according to [1] or [2], in which a gas containing oxygen is blown into the blast furnace from the main flow hole to form a raceway. , A method of blowing a granular solid reducing agent into the raceway from an auxiliary flow hole.
[6] A method for blowing a granular solid reducing agent using the tuyere equipment for a blast furnace according to [3] or [4], in which a gas containing oxygen is blown into the blast furnace from the main flow hole to form a raceway. A method of blowing a granular solid reducing agent into the raceway from a secondary flow hole.
[7] The method for blowing a granular solid reducing agent according to [5] or [6], wherein the gas containing oxygen is a gas containing 60% by volume or more of oxygen.
[8] The method for blowing a granular solid reducing agent according to any one of [5] to [7], wherein the granular solid reducing material is a waste plastic.
本発明に係る高炉用羽口および高炉用羽口設備では、主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、主流通孔とは異なる副流通孔からレースウェイに粒状固体還元材を吹込む。このように、レースウェイを形成させる酸素含有ガスを吹込む主流通孔とは異なる副流通孔からレースウェイに粒状固体還元材を吹込むことで粒状固体還元材の吹込み速度を遅くできるので、粒状固体還元材による羽口摩耗の増大を抑制できる。また、粒状固体還元材は副流通孔から吹込まれるので、レースウェイの形成を強化するために主流通孔を小径化したとしても羽口詰まりの発生が増大することもない。 In the blast furnace tuyere and the blast furnace tuyere facility according to the present invention, a gas containing oxygen is blown into the blast furnace from the main distribution hole to form a raceway, and a granular solid is formed in the raceway from a secondary distribution hole different from the main distribution hole. Blow in the reducing agent. In this way, by blowing the granular solid reducing agent into the raceway from the sub-flow hole different from the main flow hole for blowing the oxygen-containing gas forming the raceway, the blowing speed of the granular solid reducing agent can be slowed down. It is possible to suppress the increase in tuyere wear due to the granular solid reducing agent. Further, since the granular solid reducing agent is blown from the secondary flow hole, the occurrence of tuyere clogging does not increase even if the diameter of the main flow hole is reduced in order to strengthen the formation of the raceway.
以下、本発明の実施形態を通じて本発明を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、主流通孔および副流通孔を有する高炉羽口を高炉に設けた実施形態である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the present invention. The embodiment shown below is an embodiment in which a blast furnace tuyere having a main flow hole and a sub flow hole is provided in the blast furnace.
前述したように、高炉用羽口から粒状固体還元材を吹込む場合、当該羽口前にレースウェイを形成させて粒状還元材を十分に燃焼させ、ガス化させることが重要である。このとき、高炉用羽口から吹込んだ粒状固体還元材を速やかにガス化させないとコークス充填層内にて堆積し、通気性が悪化する。すなわち、高炉の通気性を確保するには、高炉用羽口から吹込んだ粒状固体還元材をレースウェイに速やかに供給し、高温ガスおよび高温輻射により加熱し、着火・燃焼させてガス化することが重要となる。 As described above, when the granular solid reducing agent is blown from the blast furnace tuyere, it is important to form a raceway in front of the tuyere to sufficiently burn the granular reducing agent and gasify it. At this time, if the granular solid reducing agent blown from the tuyere for the blast furnace is not rapidly gasified, it will be deposited in the coke packed bed and the air permeability will be deteriorated. That is, in order to ensure the air permeability of the blast furnace, the granular solid reducing agent blown from the tuyere for the blast furnace is promptly supplied to the raceway, heated by high temperature gas and high temperature radiation, ignited and burned to gasify. Is important.
図1は、本実施形態に係る高炉用羽口10の断面模式図である。高炉用羽口10は、酸素含有ガス(通常の高炉においては、酸素富化した熱風)を吹込む主流通孔12と、主流通孔12の上方に設けられ、粒状固体還元材を吹込む副流通孔14と、を有する。主流通孔12は、酸素含有ガスを吹込む流通孔であり、吹込んだ酸素含有ガスとコークスとの燃焼・ガス化反応によりボッシュガスを生成してレースウェイ30を形成させる。副流通孔14は、主流通孔12とは異なる流通孔であって、粒状固体還元材を吹込む流通孔である。副流通孔14には、粒状固体還元材とともに、例えば、2〜20m/s程度の流速で搬送ガスが流れている。副流通孔は、ガス流量が少ないので、副流通孔からのガス吹込みではレースウェイ30が形成されない。よって、副流通孔から吹込まれる粒状固体還元材を速やかにレースウェイ30に供給するには、主流通孔12によって形成されたレースウェイ30に対し、粒状固体還元材を直接吹込める位置に副流通孔14を設置すればよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the
このため、本実施形態に係る高炉用羽口10では、副流通孔14の排出口が、レースウェイ30の上端よりも下方になるように副流通孔14を設けている。これにより、副流通孔14から粒状固体還元材をレースウェイ30に速やかに供給できる。一方、レースウェイ30の形状は羽口の形状や高炉の送風操業条件によって変化する。
Therefore, in the
レースウェイ30の形状は、フルード数Frと強い相関があることが知られている。フルード数Frは、下記(2)式で表される無次元数である。
It is known that the shape of the
Fr=(ρf/ρp)1/2×U/(g×d)1/2・・・(2)
ここで、ρfはボッシュガス密度(kg/m3)、Uはボッシュガスを主流通孔12から吹込んだと仮定した場合の主流通孔12の排出口でのボッシュガス流速(m/s)であり、ρpは羽口前のコークスの見かけ密度(kg/m3)であり、dは羽口前のコークスの粒径(m)であり、gは重力加速度(=9.81m/s2)である。
Fr = (ρf / ρp) 1/2 × U / (g × d) 1/2 ... (2)
Here, ρf is the Bosch gas density (kg / m 3 ), and U is the Bosch gas flow velocity (m / s) at the discharge port of the
また、ボッシュガス流速U(m/s)は、下記(3)式で表される。
U=V/(π・D2/4)・・・(3)
ここで、Vは、羽口あたりのボッシュガス流量(m3/s)であり、レースウェイ30内に吹込まれた酸素含有ガスや炉頂ガス等のガスと、粒状固体還元材および羽口前のコークスがレースウェイ30において燃焼・ガス化反応を起こし、CO、H2、N2のみで構成される高温ガスになったとして換算した場合の体積流量である。また、ボッシュガス密度ρfは、上記状態におけるガス密度である。ボッシュガス流量Vおよびボッシュガス密度ρfは、主流通孔12から吹込まれる酸素含有ガスと粒状固体還元材の温度、組成、流量およびボッシュガスに変化する際の発熱量、レースウェイ30内の圧力がわかれば算出できる。さらに、πは円周率であり、Dは主流通孔12の内径(m)である。なおレースウェイ30内の圧力は高炉用羽口10を設置した高さに炉内圧力計を設置して得た測定値で代替できる。あるいは、主流通孔12へ吹込む酸素含有ガスの元圧を基準として、高炉用羽口10への流通経路の圧力損失を計算して減じた数値をレースウェイ30内の圧力としてもよい。
The Bosch gas flow velocity U (m / s) is expressed by the following equation (3).
U = V / (π · D 2/4) ··· (3)
Here, V is the Bosch gas flow rate (m 3 / s) per tuyere, and is the gas such as oxygen-containing gas and furnace top gas blown into the
様々な条件におけるレースウェイ30の高さを測定するため、実機の高炉と力学的に相似となる実炉の7.79分の1スケールの小型相似模型を用いて、様々な条件でレースウェイ30の高さを測定した。小型相似模型では、コークスの代わりに直径3.44mm、密度900kg/m3のプラスチック粒子を充填し、酸素含有ガスの代わりに圧縮空気を用いた。主流通孔12の内径を2.8mm〜18.0mmの範囲で変化させ、主流通孔12から吹込む圧縮空気量200〜3000L/minの範囲で変化させ、それぞれの条件でレースウェイ30の高さを測定した。
In order to measure the height of the
図2は、フルード数(Fr)と、レースウェイ30の高さ(H)および主流通孔12の内径(D)の比(H/D)との関係を示すグラフである。上述した条件でレースウェイ30の高さHを測定したところ、図2に示すように、フルード数は、レースウェイ30の高さおよび主流通孔12の内径の比と強い相関関係を示すことがわかった。図2から、レースウェイ30の高さおよび主流通孔12の内径の比(H/D)は、フルード数を用いて下記(4)式で表せる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the Froude number (Fr) and the ratio (H / D) of the height (H) of the
H/D=0.75×Fr0.5・・・(4)
ここで、Hは主流通孔12の内周端面からのレースウェイ30の高さ(m)である。また、Dは主流通孔12の内径(m)である。
H / D = 0.75 x Fr 0.5 ... (4)
Here, H is the height (m) of the
上記(2)、(3)、(4)式から、下記(5)式が導かれる。 From the above equations (2), (3) and (4), the following equation (5) is derived.
H=0.48×{(ρf×V2)/(ρp×d)}1/4・・・(5) H = 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 ... (5)
副流通孔14から吹込まれる粒状固体還元材をレースウェイ30に速やかに供給するには、主流通孔12の排出口と副流通孔14の排出口との中心間距離に、主流通孔12の内径Dの半分を加えた距離が、レースウェイ30の高さH以下にならなければならない。したがって、下記(6)式が導かれる。
In order to quickly supply the granular solid reducing material blown from the
L+1/2D≦0.48×{(ρf×V2)/(ρp×d)}1/4・・・(6)
ここで、Lは、主流通孔12の排出口と副流通孔14の排出口との中心間距離(m)である。
L + 1 / 2D ≦ 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 ... (6)
Here, L is the distance (m) between the centers of the discharge port of the
この(6)式から、下記(1)式が導かれる。この(1)式を満たすように主流通孔12および副流通孔14を設けることで、副流通孔14から粒状固体還元材をレースウェイに速やかに供給できる。一方、上記(1)式を満足しない場合には、副流通孔14の前方にレースウェイ30が形成されていないので、吹込んだ粒状固体還元材は燃焼・ガス化されずコークス充填層の隙間に詰まってしまう。この結果、副流通孔14から吹込まれた粒状固体還元材は、コークス充填層のコークスと融着してしまい、通気性の悪化や荷下がり不良などの操業トラブルを引き起こす。
From this equation (6), the following equation (1) is derived. By providing the
L≦0.48×{(ρf×V2)/(ρp×d)}1/4−1/2D・・・(1) L ≦ 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 -1 / 2D ... (1)
また、主流通孔12の排出口と副流通孔14の排出口の中心間距離を近づけすぎてしまうと、両孔間が貫通してしまい、主流通孔12で噴流が形成されず、レースウェイ30が形成されなくなる場合がある。このため、主流通孔12の排出口と副流通孔14の排出口との中心間距離Lは、下記(7)式を満足することが好ましい。
Further, if the distance between the center of the discharge port of the
L>(D+E)/2・・・(7)
ここで、Eは副流通孔14の内径(m)である。
L> (D + E) / 2 ... (7)
Here, E is the inner diameter (m) of the
また、副流通孔14は、主流通孔12の直上に設けることが好ましいが、主流通孔12の直上でなくてもよい。主流通孔12により、少なくとも主流通孔12の内径の幅のレースウェイ30が形成されるので、主流通孔12の内径までの距離であれば、主流通孔12と副流通孔14とは、高炉の周方向に位置がずれてもよい。
Further, the
主流通孔12からはレースウェイ30を形成させるため大流量の酸素含有ガスが流れるのでガス流速が速い。したがって、主流通孔12から粒状固体還元材を吹込むと、粒状固体還元材が配管に高速で衝突して羽口の摩耗が顕著になる。これに対し、副流通孔14は、レースウェイ30を形成させる必要がないので、粒状固体還元材を搬送できる流速であればよい。このため、副流通孔14から粒状固体還元材を吹込むことで粒状固体還元材の吹込み速度を遅くできるので、羽口摩耗を増大させることがない。特に、ペレット状に成型された廃プラスチックは、最大粒径が数mm程度になるので、当該廃プラスチックを高炉に吹込む場合には、主流通孔12から吹込むことができず、副流通孔14から吹込むことが必須になる。一方、微粉炭のように最大粒径が1mm以下の微粒子を用いる場合には、摩耗力がそれほど大きくないので主流通孔12から吹込んでもよい。但し、最大粒径が1mm以下の微粉炭であっても羽口を摩耗するので、羽口摩耗を抑制するという観点から、微粉炭であっても副流通孔14から吹込むことが好ましい。
Since a large flow rate of oxygen-containing gas flows from the
なお、図1に示したように、高炉用羽口10では、主流通孔12および副流通孔14が同一の羽口に設けられているが、これに限らず、図3の示すように、別々の羽口に主流通孔および副流通孔を設けてもよい。図3は、別の実施形態に係る高炉用羽口設備20の断面模式図である。高炉用羽口設備20は、酸素を含む気体を吹込む主流通孔24を有する主流羽口22と、主流羽口22の上方に設置され、粒状固体還元材を吹込む副流通孔28を有する副流羽口26と、を有する。
As shown in FIG. 1, in the
高炉用羽口設備20においても、副流羽口26から粒状固体還元材をレースウェイ30に速やかに供給するには、主流羽口22からの酸素含有ガスの吹込みによって形成されたレースウェイ30に粒状固体還元材を直接吹込める位置に副流羽口26を設ければよい。すなわち、主流通孔24の排出口と、副流通孔28の排出口との中心間距離Lが上記(1)式を満足するように、主流羽口22および副流羽口26を設ければよい。
Even in the blast
なお、上記(1)式は、羽口からのガス量や、粒状固体還元材の種類等の操業条件によりLの上限が変化する式となっているが、図1に示した高炉用羽口10であっても、また図3に示した高炉用羽口設備20であっても、中心間距離Lが定められて高炉に設置される。このため、現実的には、高炉に設置された高炉用羽口10または高炉用羽口設備20の中心間距離Lに対して操業条件が(1)式を満足する時に、副流通孔から粒状固体還元材の吹込みを行うという操業になる。通常の操業条件では、中心間距離Lの上限を0.5m程度として高炉用羽口10および高炉用羽口設備20を設計すればよい。
The above equation (1) is an equation in which the upper limit of L changes depending on the operating conditions such as the amount of gas from the tuyere and the type of granular solid reducing agent. Whether it is 10 or the
また、本実施形態に係る高炉用羽口を一般的な熱風高炉に高炉用羽口10を適用させた例で説明したが、これに限られず、高炉用羽口10から常温の純酸素や酸素を60体積%以上含む気体を吹込む酸素高炉に適用してもよい。特に、酸素高炉ではボッシュガスの生成量が少ないので、吹込み速度を速めてレースウェイ30を形成させるために羽口径を細く絞る必要がある。このため、酸素高炉では、粒状固体還元材による羽口摩耗や羽口詰まりの発生が通常の高炉以上に顕著になる。したがって、本実施形態に係る高炉用羽口を酸素高炉に適用することで、通常の高炉に適用した場合よりも羽口摩耗や羽口詰まりの発生をさらに抑制できるといえる。
Further, the blast furnace tuyere according to the present embodiment has been described with an example in which the
また、副流通孔14から吹込む粒状固体還元材として、粒径が1mmより大きい廃プラスチックを用いることが好ましい。廃プラスチックは、容易に入手でき高炉に多量に吹込みたいという要求がある一方で、細粒に破砕することが困難である。このため、廃プラスチックは微粉炭に比べると粒径が大きく、摩耗力も高いので、当該廃プラスチックを主流通孔12から多量に吹込むと羽口摩耗が顕著になる。これに対し、本実施形態に係る高炉用羽口10を用いることで、主流通孔12からレースウェイ30を形成させるためのガスを高速で吹込み、副流通孔14から廃プラスチックを高炉に吹込めるので、廃プラスチックを多量に吹込んだとしても羽口摩耗は大幅に抑制される。
Further, it is preferable to use waste plastic having a particle size larger than 1 mm as the granular solid reducing material blown from the
次に、本実施形態に係る高炉用羽口を一般的な熱風高炉に適用させた実施例を説明する。実施例および比較例の想定諸元、ボッシュガス、コークスおよび羽口・レースウェイ条件を表1に示す。 Next, an example in which the blast furnace tuyere according to the present embodiment is applied to a general hot air blast furnace will be described. Table 1 shows the assumed specifications, Bosch gas, coke, and tuyere / raceway conditions of Examples and Comparative Examples.
図4は、実施例1、比較例1および比較例2に対応した高炉40の断面模式図である。実施例1、比較例1および比較例2では、出銑量を10000t/d、羽口数が40の高炉40に高炉用羽口10を適用させて操業した。実施例1では、高炉用羽口10の主流通孔12から純酸素とともに再循環した酸素高炉炉頂ガス(Bガス)を吹込み、副流通孔14から粒状固体還元材として微粉炭と廃プラスチックを吹込んだ。吹込んだ微粉炭の原単位は、270kg/t−pigであり、廃プラスチックの原単位は、30kg/t−pigである。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
比較例1では、実施例1と同じ操業条件とした上で、実施例1と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを主流通孔12から吹込んだ。また、比較例2においても、実施例1と同じ操業条件とした上で、実施例1と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを副流通孔14から吹込んだ。但し、比較例2では、主流通孔12の排出口と副流通孔14の排出口との中心間距離が長くなるように主流通孔12および副流通孔14を配置し、レースウェイ30に廃プラスチックを吹込めない位置とした。なお、比較例2は、上記式(1)を満たさない。
In Comparative Example 1, under the same operating conditions as in Example 1, pulverized coal and waste plastic of the same basic unit as in Example 1 were blown from the
上述した実炉の7.79分の1スケールの小型相似模型を用いて、これらの条件で直径1.0mmの色つき微粒子プラスチックを3.6m/secの気流輸送速度で副流通孔14または主流通孔12から吹込む試験を実施した。吹込まれた微粒子プラスチックを高速カメラで撮影して、その挙動を精査した。その結果、比較例1では、微粒子プラスチックをレースウェイ30に供給できた。しかしながら、主流通孔12から吹込まれるガスの吹込み速度は、レースウェイ30を安定して形成させるために、微粒子プラスチックの気流輸送速度よりも速めているので、微粒子プラスチックは、主流通孔12の内壁に高速で衝突していた。この衝突は、実機においては羽口摩耗を引き起こす原因となる。したがって、比較例1では羽口摩耗を抑制できないことがわかる。
Using the above-mentioned small similarity model of 1/79 scale of the actual furnace, under these conditions, the colored fine particle plastic with a diameter of 1.0 mm can be transferred to the
また、比較例2では、副流通孔14から吹込まれた微粒子プラスチックがレースウェイ30に吹込めず、副流通孔14の近傍で微粒子プラスチックが停滞する様子が確認された。この状態になると、実機では炉内の通気性悪化が発生する。また、吹込まれた微粒子プラスチックは完全に燃焼されず、燃焼率が低下するので、製銑工程の省エネにも寄与できなくなる。
Further, in Comparative Example 2, it was confirmed that the fine particle plastic blown from the
一方、実施例1では、微粒子プラスチックをレースウェイ30に供給できるとともに、副流通孔14において、微粒子プラスチックは、気流輸送速度で搬送されるので、微粒子プラスチックが配管に高速で衝突することもなかった。これらの結果から、実施例1では、炉内の通気性悪化や、吹込まれた微粒子プラスチックの燃焼率の低下の懸念がなく、また、羽口摩耗や羽口詰まりの増大の懸念もないことが確認された。
On the other hand, in Example 1, the fine particle plastic can be supplied to the
図5は、実施例2、比較例3および比較例4に対応した高炉50の断面模式図である。実施例2、比較例3および比較例4では、出銑量10000t/d、羽口数40個の高炉50に高炉用羽口設備20を適用させて操業した。実施例2では、主流羽口22の主流通孔24から酸素富化した熱風を吹込み、副流羽口26の副流通孔28から粒状固体還元材として微粉炭と廃プラスチックを吹込んだ。吹込んだ微粉炭の原単位は、140kg/t−pigであり、廃プラスチックの原単位は、10kg/t−pigである。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the
比較例3では、実施例2と同じ操業条件とした上で、実施例2と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを主流羽口22の主流通孔24から吹込んだ。また、比較例4においても、実施例2と同じ操業条件とした上で、実施例2と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを副流羽口26の副流通孔28から吹込んだ。但し、比較例4では、主流通孔24の排出口と副流通孔28の排出口との中心間距離が長くなるように主流羽口22および副流羽口26を配置し、レースウェイ30に廃プラスチックを吹込めない位置とした。なお、比較例4は、上記式(1)を満たさない。
In Comparative Example 3, under the same operating conditions as in Example 2, pulverized coal and waste plastic of the same basic unit as in Example 2 were blown from the
これらの条件で上述した小型相似模型を用いて、直径1.0mmの色つき微粒子プラスチックを3.6m/secの速度で気流輸送して主流羽口22または副流羽口26から吹込む試験を行った。吹込まれた微粒子プラスチックを高速カメラで撮影して、その挙動を精査した。その結果、比較例3では、微粒子プラスチックをレースウェイ30に供給できた。しかしながら、レースウェイ30を形成させるために主流通孔から吹込まれるガスの吹込み速度を、微粒子プラスチックの気流輸送速度よりも速めているので、微粒子プラスチックが高速で配管に衝突している様子が確認された。この衝突は、実機においては羽口摩耗を引き起こす原因となる。したがって、比較例3では、羽口摩耗を抑制できないことがわかる。
Under these conditions, using the small similarity model described above, a test was conducted in which colored fine particle plastic with a diameter of 1.0 mm was air-transported at a speed of 3.6 m / sec and blown from the
また、比較例4では、副流羽口26から吹込まれた微粒子プラスチックがレースウェイ30に吹込めず、副流羽口26の近傍で微粒子プラスチックが停滞する様子が確認された。この状態になると、実機では炉内の通気性悪化が発生する。また、吹込まれた微粒子プラスチックは完全に燃焼されず、燃焼率が低下するので、製銑工程の省エネにも寄与できなくなる。
Further, in Comparative Example 4, it was confirmed that the fine particle plastic blown from the
一方、実施例2では、微粒子プラスチックをレースウェイ30に供給できるとともに、副流通孔28において、微粒子プラスチックは、気流輸送速度で搬送されるので、微粒子プラスチックが配管に高速で衝突することもなかった。これらの結果から、実施例2では、炉内の通気性悪化や、吹込まれた微粒子プラスチックの燃焼率の低下の懸念がなく、また、羽口摩耗や羽口詰まりの増大の懸念もないことが確認された。以上より、本実施形態に係る高炉用羽口10または高炉用羽口設備20を用いることで、羽口の摩耗および羽口詰まりの増大や、通気性の悪化を引き起こすことなく、レースウェイ30に多量の粒状固体還元材を供給できることが確認できた。
On the other hand, in the second embodiment, the fine particle plastic can be supplied to the
10 高炉用羽口
12 主流通孔
14 副流通孔
20 高炉用羽口設備
22 主流羽口
24 主流通孔
26 副流羽口
28 副流通孔
30 レースウェイ
40 高炉
50 高炉
10
Claims (4)
前記高炉用羽口は、酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔と、
前記主流通孔の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔と、
を有し、
前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離をLとすると、下記(1)式を満足するように前記主流通孔から前記気体を前記高炉に吹込んでレースウェイを形成させると共に前記副流通孔から前記粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
L≦0.48×{(ρf×V 2 )/(ρp×d)} 1/4 −1/2D・・・(1)
上記(1)式で、Lは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離(m)であり、ρfはボッシュガス密度(kg/m 3 )であり、Vは羽口あたりのボッシュガス流量(m 3 /s)であり、ρpは前記主流通孔の排出口前のコークスの見かけ密度(kg/m 3 )であり、dは前記コークスの粒径(m)であり、Dは前記主流通孔の内径(m)である。 A method of blowing a granular solid reducing agent into a blast furnace using a tuyere for a blast furnace.
The blast furnace tuyere has a main distribution hole for blowing a gas containing oxygen into the blast furnace, and
A sub-flow hole installed above the main flow hole and for blowing the granular solid reducing agent,
Have,
Assuming that the distance between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole is L, the gas is blown into the blast furnace from the main flow hole so as to satisfy the following equation (1) and the raceway. A method for blowing a granular solid reducing agent, in which the granular solid reducing material is blown from the secondary flow hole while forming the above.
L ≦ 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 -1 / 2D ... (1)
In the above equation (1), L is the distance (m) between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole, ρf is the Bosch gas density (kg / m 3 ), and V. Is the bosh gas flow rate per tuyere (m 3 / s), ρp is the apparent density of coke in front of the discharge port of the main flow hole (kg / m 3 ), and d is the particle size of the coke (m). ), And D is the inner diameter (m) of the main flow hole.
前記高炉用羽口設備は、酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔を有する主流羽口と、
前記主流羽口の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔を有する副流羽口と、
を有し、
前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離をLとすると、下記(1)式を満足するように前記主流通孔から前記気体を前記高炉に吹込んでレースウェイを形成させると共に前記副流通孔から前記粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
L≦0.48×{(ρf×V 2 )/(ρp×d)} 1/4 −1/2D・・・(1)
上記(1)式で、Lは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離(m)であり、ρfはボッシュガス密度(kg/m 3 )であり、Vは羽口あたりのボッシュガス流量(m 3 /s)であり、ρpは前記主流通孔の排出口前のコークスの見かけ密度(kg/m 3 )であり、dは前記コークスの粒径(m)であり、Dは前記主流通孔の内径(m)である。 It is a method of blowing a granular solid reducing agent into a blast furnace using a tuyere facility for a blast furnace.
The blast furnace tuyere facility includes a mainstream tuyere having a main distribution hole for blowing a gas containing oxygen into the blast furnace.
A sidestream tuyere that is installed above the mainstream tuyere and has a secondary flow hole for blowing the granular solid reducing agent.
Have,
Assuming that the distance between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole is L, the gas is blown into the blast furnace from the main flow hole so as to satisfy the following equation (1) and the raceway. A method for blowing a granular solid reducing agent, in which the granular solid reducing material is blown from the secondary flow hole while forming the above.
L ≦ 0.48 × {(ρf × V 2 ) / (ρp × d)} 1/4 -1 / 2D ... (1)
In the above equation (1), L is the distance (m) between the centers of the discharge port of the main flow hole and the discharge port of the sub flow hole, ρf is the Bosch gas density (kg / m 3 ), and V. Is the bosh gas flow rate per tuyere (m 3 / s), ρp is the apparent density of coke in front of the discharge port of the main flow hole (kg / m 3 ), and d is the particle size of the coke (m). ), And D is the inner diameter (m) of the main flow hole.
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