JPS5910969B2 - 石炭スラリ−の高炉吹込み方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭スラリーの高炉吹込み方法および装置に係
り、特に高炉におけるコークスーの節減、操業の安定、
生産性の向上を目的とする石炭スラリーの高炉吹込み方
法および装置に関する。

高炉など冶金炉で使用するコークスを節減するために従
来から重油、石炭など各種の助燃材を炉の羽口から炉内
に吹込むいわゆる助燃材の高炉吹込み方法が行われてい
る。

その各種助燃材を列記すると次のとおりである。

（ａ） 重油 （ｂ） 重油、石炭混合コロイダル燃料、略してＣＯ
Ｍと称する。

（ｃ） 乾燥微粉炭 （ｄ）ＣＯ，Ｈ２などを主成分とする還元ガスあるいは
天然ガスその他ガス燃料 これら助燃材の選択は、その助燃材の高炉吹込み方法が
、その地域で経済的に成立することが条件になるのでそ
れぞれの地域によってそれぞれの助燃材が実績をあげて
いる。

しかし近年のオイル価格異状上昇により前記の（ａ）重
油、（ｂ）重油、石炭混合コロイダル燃料、の両者はわ
が国では経済的に採用がむづかしくなっている。

すなわち、重油系の助燃材は溶銑をコストアップする原
因になり、そのためにこれらを他の助燃材に転換するこ
とが必要になっている。

他方（ｃ）乾燥微粉炭は、オイル価格異状上昇の直接的
影響は受けないが、乾燥微粉炭の取扱いに関して次の如
く問題点が多い。

すなわち、（イ）石炭の乾燥粉砕設備における爆発危険
回避策として、系内の酸素分圧を低くすることが必要で
ある。

すなわち計装、安全制御の完備した閉回路いわゆるクロ
ーズドループのガス循ｉ系を構成しなければならない。

そのため設備の形態は自ら限定され特殊なものとなり、
高い設備費および運転費を必要とする。

（口）石炭の乾燥エネルギーとしては石炭１ｔ当り２５
〜３０万Ｋｃａｌを要し、そのコストが近年のオイル価
格異状上昇により無視できない金額に達するようになり
この方法の新しい問題になっている。

（ハ）微粉炭用搬送機、貯蔵槽など付帯設備に至るまで
全て気密構造を必要とする。

（ニ）乾燥微粉炭の高炉吹込み方法では、微粉炭を搬送
気体と混合流動体化して高炉内圧以上に加圧しなければ
ならない。

そのために加圧均排圧弁を含むロックホツパー、流動化
槽およびコンプレッサーなどを必要とする。

この点本発明の石炭・水スラリーは同じ流動体であって
も乾燥微粉炭混合流動体のような気体扱いでなく液体扱
いができ非圧縮性であるから加圧が容易である。

（ホ）乾燥微粉炭のパイプ輸送はパイプ、バルブなどの
摩耗あるいは閉塞など設備の故障が多い。

（ヘ）乾燥微粉炭の高炉各羽目間における均等分配装入
が技術的に困難である。

以上列記したように乾燥微粉炭の取扱いに関して、問題
点が多い。

最後に（ｄ）のガス燃料は地域的な制約が多い。

以上述べたように従来行われてきた助燃材の高炉吹込み
方法にはいづれも問題点が多く早急な解決が求められて
いる。

特にオイル価格は一層不安定であり、安定化の見通しは
極めて暗い状況にあるので基本的に石炭への転換が求め
られ、特に従来の乾燥微粉炭の高炉吹込み方法の問題点
を解決することが強く求められていろ。

この問題を解決する手段として石炭スラリーの直接高炉
への吹込みが考えられるが、従来は下記理由により生産
高炉において実施された例がない。

（イ）石炭スラリーの一般的濃度は６０重量係が限度で
あり、石炭粒度も高炉羽口燃焼帯の如き限られた空間に
おける燃焼であるので相当微粉化する必要がある。

しかし一方、石炭の微粉化によって石炭スラリーの粘度
が上昇し実質的に流動停滞を招く。

（口）石炭スラリー中の水分が４０重量係以上の場合は
熱分解反応による吸熱効果によって羽目燃焼温度の維持
が困難である。

すなわち、石炭スラリー中の水分の熱分解によって水分
ｋｇ当り３ ２ ０ ０ Ｋｃａｌの吸熱を伴ない、こ
の冷却効果は水の蒸発熱ｋｇ当り５ ４ ０ Ｋｃａｌ
の６倍の値となる。

このほかにＨＯ＋Ｃ−＋Ｈ２＋ＣＯ ２ なる反応により高炉の冶金用コークスの消費をもたらす
欠点があり、従来は技術的、経済的に不可能視されてい
た。

本発明者の一人が先に特願昭５５−８３１７４号におい
て石炭・水スラリーの高炉吹込み方法を開示した。

その要旨は次の如くである。すなわち重油等を高炉の羽
目部から炉内に吹込む助燃材の高炉吹込み方法において
、石炭を湿式粉砕して石炭濃度４０〜７０係の石炭・水
スラリーにする工程と、前記石炭・水スラリーを前記炉
の羽目近くに設けたセパレータにより濃縮して高濃度ス
ラリーとする工程と、前記高濃度スラリーを前記炉の羽
口内に設けた吹込みボートから炉内圧より高い圧力にて
炉内に吹込む工程と、前記高濃度スラリー吹込み時に炉
内への送風を脱湿、加熱あるいは酸素富化などを行い炉
内熱収支を改善する工程と、を有して成ることを特徴と
する石炭・水スラリーの高炉吹込み方法である。

本発明の目的は石炭スラリーの高炉吹込み方法において
先に開示された特願昭５５−８３１７４号（特開昭５７
−９８０７号）の発明を改良し、操業の安定性、経済性
を向上せしむる石炭スラリーの高炉吹込み方法および装
置を提供するにある。

本発明による石炭スラリーの高炉吹込み方法の要旨は次
の如くである。

すなわち、石炭の無灰乾燥炭基準におけるＣ／Ｈモル比
１．５以上の石炭を−２００メッシュ５０〜８０重量係
に湿式微粉砕する工程と、前記微粉砕した石炭を濃度６
０〜７０重量係の石炭スラリにした後、この石炭スラリ
ーに流動性改善剤を添加する工程と、前記石炭スラリー
を蒸気加熱する工程と、前記蒸気加熱された石炭スラリ
ーを脱水して高濃度スラリーとする工程と、前記高濃度
スラリーを炉内圧より高い圧力にて炉内に吹込む工程と
からなる石炭スラリーの高炉吹込み方法である。

更にこの方法を実施する本発明による装置の要旨とする
ところは次の如くである。

すなわち、石炭を湿式微粉砕する装置と、前記微粉砕し
た石炭を石炭スラリーとして貯蔵するタンクと、前記タ
ンクより搬送された石炭スラリーを蒸気加熱するサービ
スタ／クと、前記蒸気加熱された石炭スラリーを脱水し
て高濃度スラリーとするセパレータと、前記高濃度スラ
リーを高炉の羽口内に設けた吹込みボートから炉内圧よ
り高い圧力にて炉内に吹込む高濃度スラリー吹込み装置
とを有して成る石炭スラリーの高炉吹込み装置において
、前記サービスタンクに対して循環ループを形成する石
炭スラリー搬送管系と、前記循環ループの循環ポンプの
吐出側に設けた蒸気加熱器と流量および圧力制御装置と
、を有し前記高濃度スラリー吹込み装置は前記循環ルー
プから分岐した複数組の高濃度スラリー吹込み支管と前
記セパレータとエアアキュムレーターと脈動バルブより
成り該循環ループがー＼ツダーとして作用するように構
成されていることを特徴とする石炭スラリーの高炉吹込
み装置である。

本発明の詳細ならびに実施例を添付図面を参照して説明
する。

先づ本発明において使用する石炭については、無灰乾燥
炭基準でｑ有モル比が１．５以上である必要がある。

これは本発明者らが亜瀝青炭から無煙炭に亘る広範囲の
炭化度を有する炭種についてテストした結果無水、無灰
基準におけるＣ／／Ｉ｛モル比と補正コークス置換比と
の間には第１図に示す如き関係があることを見出した。

第１図より明らかな如く、％モル比が１．５を下廻って
小となるとコークスの置換比が急激に低下する。

同時に高炉下部における溶銑とスラグのＳの分配にて表
わされる脱硫効果が悪化し、Ｓの滓化反応が遅れる現象
が現れた。

この理由は石炭のＣ４モル比および燃焼ガスの輝炎効果
（輻射効果）に密接な関係があるものと考えられる。

次に石炭の粉砕粒度は−２００メッシュ５０〜８０重量
係である必要がある。

すなわち、石炭スラリーを流体として扱うことができ、
配管系を通じて高炉内に吹込むことができるためには流
動性が良好である最大限の濃度が望ましいが、本発明者
らが、石炭スラリー濃度と、スラリー粘度との間に第２
図に示す如き関係があることを見出した。

すなわち、石炭スラリーを流体として配管系を通じ高炉
内に吹込むことができる流動性には自ら限界があって、
この限界は石炭と水との混合比および石炭粒度によって
支配される。

石炭粒度を羽目燃焼帯の一般近代高炉の操業条件を維持
するには燃焼条件として−２００メッシュ５０チ以上に
保つ必要であり、この場合石炭スラリーの粘度は第２図
に示すように上昇する。

第２図において石炭粒度分布ａ０〉ａ２〉ａ３の状態に
あり、石炭スラリーの石炭粒度分布が犬となればスラリ
ー粘度が低下する関係を示しているが、スラリー濃度と
スラリー粘度をパラメータとして斜線を施した狭い条件
範囲内で、これらの相反する条件を満足することが判明
した。

一方、石炭濃度については６０重量係を越すと配管系の
流体抵抗が急激に上昇し、ホンプの昇圧力との関係で実
質的な流動停滞を招くに至る。

従って石炭スラリーの濃度の上昇と石炭粒度の微細化に
つれて、流動性を改善する対策が必要となる。

その対策として本発明者の一人は先に次の対策を開示し
た。

（イ）石炭スラリーを蒸気にて加熱する。

（口）流動性改善剤を添加する。

流動性改善剤は石炭の粒度分布に関連して適当に選択さ
れることが必要であり、本発明者らの研究によると−２
００メッシュ６０重量係以上のものについては分散剤の
使用より、むしろ凝集剤の使用が望ましク０．２重量係
以下の鉱物油、軽油シエット油等を予め乳化機で水と混
合した後に添加する。

一方−２００メッシュ６０重量係未満の比較的粗い石炭
粒度分布をもつスラリーに対しては、０．２重量係前後
の分散剤の添加が好ましい。

これらの流勤性改善剤の添加によって石炭は凝似粒度を
構成し、蒸気による加熱と相俟ってスラリーの粘度を低
下し、高炉羽口前に設けられたセパレーターによる脱水
効果が著しく向上し６０〜８０重量係の高濃度の石炭ス
ラリーを高炉に吹込むことができた。

かくの如く石炭スラリーが流動性改善剤の添加および蒸
気加熱によって凝似粒度を形成して粒度が大きくなった
に拘らず燃焼性が良好に保たれたのは、燃焼時に先づ添
加剤が熱分解し、実質的に石炭粒子が自由に分離して当
初の粉砕時の状態で燃焼することができるからであると
考えられる。

次に本発明による石炭スラリ一の高炉吹込み装置につい
て記載する。

第３図は本発明の装置の配置ならびに配管系を示す概要
図である。

図示されてない湿式微粉砕装置により−２００メッシュ
５０〜８０％に微粉砕され尼石炭は濃度６０〜７０重量
係の石炭・水スラリーにされパイプライン２によって貯
蔵夕／ク４に貯蔵される。

貯蔵タンク４に貯蔵されている石炭スラリーは必要によ
り随時サービスタンク６に移送される。

サービスタンク６の中では石炭スラリーの安定および流
動性の改善のため蒸気による加熱および流動性改善剤の
添加が行われる。

流動性の改善された濃度６０〜７０重量係の石炭スラリ
ーは高炉１０の羽口１２の近傍に設けられた各羽口毎の
セパレーター１４により脱水され石炭濃度７０重量係以
上の高濃度スラリーとされ、セパレータ−１４のア／ダ
ーフロー側に連絡する搬送気体吹込管１６から送り込ま
れる搬送気体により高炉１０の炉内圧より高い圧力で炉
”内に吹込まれる。

石炭スラリーの高炉吹込み可能量は多量に吹込む場合は
吹込み時に同時に行う高炉送風の脱湿による水分除去量
によって決定される。

すなわち、脱湿による水分除去量と等量の水分を有する
石炭スラリーが吹込み可能であり、更に、高炉送風の加
熱、もしくは酸素富化等によって石炭スラリー中の水分
による吸熱効果を償い得る発熱効果をあげて高炉羽目部
の熱収支のバランスを図る。

具体的には銑鉄トン当り１０ｋｇの石炭スラリーを吹込
む場合には、送風温度 ４０〜４５℃上昇 送風脱湿量 ６〜７９／Ｎｍ 酸素富化 ０，７％上昇 のいずれかの操作をするこ尼により熱的に均衡する値と
なる。

石炭スラリーの高炉吹込み搬送気体は、高炉ガス、空気
、窒素などが用いられ、各羽口毎の石炭スラリーの吹込
量は予め均等に設定され、セパレータ−１４の操作条件
も極力一定に保つように設定されていろ。

上記石炭スラリーの高炉吹込装置は、本発明者の一人が
特願昭５５−８３１７４号において開示したとおりであ
る。

本発明においてはサービスタ／ク６に対して石炭スラリ
ー搬送管の循環ループ１８を形成し、該循環ループ１８
が各吹込支管２０に対してー＼ツダーの役目を果さしめ
、各吹込支管２０の圧力変化を最少限に抑制するように
した。

また、循環ループ１８の循環ボンプ２２の吐出側に電磁
流量計２４を設け、その検出流量値および石炭スラリ一
の濃度より得られる吹込水分量および石炭のＣ４モル比
によって羽目部の熱収支のバランスをとる送風温度、送
風脱湿量や送風酸素富化量を制御するようにした。

また循環ループ１８中のボ／プの吐出側に蒸気加熱器２
６をおき、サービスタンク６中の石炭スラリー中に蒸気
を吹込み、温度の低下した使用済の蒸気を加熱して循環
再使用するようにした。

更に本発明では、セパレータ−１４によって分離された
７０重量係以上の高濃度石炭スラリーの高炉羽口への吹
込みを容易にするため、循環ループ系１８の圧力よりも
少くとも１気圧以上高い搬送気体を作るために、セパレ
ータ−１４のア／ダーフロー側に搬送気体アキュムレー
タ２８と脈動バルブ３０を設け、高圧搬送気体によって
石炭スラリーヲ高炉１０の羽口１２より間欠的に炉内に
吹込むようになっている。

実施例 使用した石炭は第１表に示す如き性状および分析値を有
する豪州産ウラン炭であった。

上記石炭を湿式ミルを使用して微粉砕し−２００メッシ
ュ５０〜８０％とし、濃度６０〜７０重量係の石炭スラ
リーとした。

この石炭スラリーを貯歳タンク４に貯蔵し、必要に応じ
て排出搬送し、サービスタ／ク６にて蒸気を吹込み加熱
した後、更に凝集剤として０．１％の鉱物油を添加し、
循環ループ１８を経由してセパレータ−１４にて脱水し
て濃度７３係の高濃度石炭スラリーとし、エア・アキュ
ムレータ２８より脈動バルブ３０を通じて間欠的に噴出
される高圧搬送気体によって高炉１００羽口１２に吹込
んだ。

この時の高炉送風の脱湿量は１５ｇ／Ｎｍ“であり、吹
込石炭量に対するコークスの置換比は０．８５であった
。

本発明による石炭スラリーの高炉吹込装置による吹込方
法によれば次の如き効果が期待できる。

（イ）高価な高炉用コークスの一部を安価な一般炭によ
って置換することができるので銑鉄コストの低減となる
。

（口）搬送気体を利用して吹込まれろ微粉炭に比して石
炭スラリーは加圧が容易であり、かつ安全である。

（ハ）石炭の粉砕には特殊な微粉砕装置が不要で汎用ミ
ルが利用可能である。

（ニ）石炭スラリーは貯蔵、移送が容易である。

（ホ）高炉を利用した一般炭のカス化の一方法として清
浄な燃料ガス製造に利用可能である。

（ヘ）設備が比較的低廉である。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭スラリーの無水無灰基準におけろＣ．／Ｉ
｛モル比と補正コークス置換比との関係を示す線図、第
２図は石炭スラリ一のスラリー濃度とスラリー粘度との
関係を示す線図、第３図は本発明による石炭スラリーの
高炉吹込装置の配管系を示す模式図である。 ２・・・・・・パイプライン、４・・・・・・貯蔵タン
ク、６・・・・・・サービスタンク、８・・・・・蒸気
加熱器、１０・・・・・・高炉、１２・・・・・羽口、
１４・・・・・・セパレーター、１６・・・・・・搬送
気体吹込管、１８・・・・・・循環ループ、２０・・・
・・・吹込支管、２２・・・・・・循環ポンプ、２８・
・・・・・搬送気体アキュムレータ、３０・・・・・・
脈動バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭の無灰乾燥炭基準におけるＣ／｝１モル比１．
   ５以上の石炭を−２００メッシュ５０〜８０重量係に湿
   式微粉砕する工程と、前記微粉砕した石炭を濃度６０〜
   ７０重量係の石炭スラリにした後、この石炭スラリーに
   流動性改善剤を添加する工程と、前記石炭スラリーを蒸
   気加熱する工程と、前記蒸気加熱された石炭スラリーを
   脱水して高濃度スラリーとする工程と、前記高濃度スラ
   リーを炉内圧より高い圧力にて炉内に吹込む工程とから
   なる石炭スラリーの高炉吹込み方法。 ２ 前記石炭スラリーに添加する流動性改善剤は該石炭
   粒度が−２００メッシュ６０重量係以上の場合は凝集剤
   であり、−２００メッシュ６０重量係未満の場合は分散
   剤であることを特徴とする特許請求の範囲の第１項に記
   載の石炭スラリーの高炉吹込み方法。 ３ 石炭を湿式微粉砕する睦置と、前記微粉砕した石炭
   を石炭スラリーとして貯蔵するタンクと、前記夕／クよ
   り搬送された石炭スラリーを蒸気加熱するサービスタン
   クと、前記蒸気加熱された石炭スラリーを脱水して高濃
   度スラリーとするセパレータと、前記高濃度スラリーを
   高炉の羽口内に設けた吹込みボートから炉内圧より高い
   圧力にて炉内に吹込む高濃度スラリー吹込み装置とを有
   して成る石炭スラリーの高炉吹込み装置において、前記
   サービスタンクに対して循環ループを形成する石炭スラ
   リー搬送管系と、前記循環ループの循環ボ／プの吐出側
   に設けた蒸気加熱器と流量および圧力制御装置と、を有
   し前記高濃度スラリー吹込み装置は前記循環ループから
   分岐した複数組の高濃度スラリー吹込み支管と前記セパ
   レータとエアアキュムレータと脈動バルブより成り該循
   環ループがー＼ツダーとして作用するように構成されて
   いることを特徴とする石炭スラリ一の高炉吹込み装置。