JPH0699733B2 - 微粉炭燃料吹込操業における高炉制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高炉内装入物の降下速度、特に炉内周辺部側に
おける降下速度を炉内中心部側における降下速度に対し
て相対的に調整することによって高炉の操業効率を向上
させる方法に関するものである。

［従来の技術］ 高炉−転炉による一貫製鉄においては、高炉の操業効率
を向上させることが製鉄コストを低減させる上での最重
要課題の１つとなっている。その為ブラックボックスで
ある高炉内状況を色々な手法を用いて推定し、操業条件
と推定結果の相関性を把握して制御精度の向上に資する
という努力が払われている。

高炉の操業効率を高めて生産性の向上を図る手段として
は、例えば中心流の形成や荷下りの安定化等が知られて
いるが、高炉内で発生した熱量を炉内で可及的有効に利
用することも上記目的を達成する上で有効なことである
と考えられる。例えば羽口において形成される火炎に基
づく発生熱は本来炉内部で利用すべきものであるが、こ
れを炉壁側に伝達して鉄皮外へ放散させるということは
熱経済上のロスであり、コークスの利用率低下によるコ
ークス比の増大を招く他、炉体耐火壁の保全という観点
から見ても不都合なことである。従って高炉内へ吹込ま
れた燃料の燃焼状況を把握し、レースウェイ内での発熱
を高炉内において如何に効率良く利用し、炉壁への抜熱
量を如何に軽減するかという制御方法の確立は高炉操業
における課題の１つとならなければならない。

一方高炉への吹込燃料については石油事情の変動以後微
粉炭燃料を多用する傾向が強まっており、従来の重油吹
込操業における知見をそのまま転用することは非常に危
険であることが分かってきた。その為微粉炭燃料の吹込
操業においては全く一から検討し直す必要が生じ、微粉
炭燃料を使用する場合における問題点の洗い直しが進め
られた。

本発明者等もこの様な観点から微粉炭吹込操業における
問題、例えば燃焼性や溶融灰分の付着性といったポイン
トについて研究を重ね、例えば特公昭60−53081号に開
示した様な微粉炭燃料吹込技術を開発し続けてきた。し
かしながら従来の開発指向は、微粉炭中の介在灰分によ
る付着トラブルを防止しつつ最善の燃焼性を発揮させる
という方向にあり、換言すれば重油等に比べて燃料とし
ての特性が低いという欠点を如何にうまくカバーするか
ということが最大の懸案となっていた。

［発明が解決しようとする課題］ これらの項目においてはある程度満足すべき結果を得た
ので、更に研究を進め微粉炭燃料吹込技術を高炉操業の
効率化に向けて積極的に利用するという観点から検討を
行なった。

高炉操業における熱収支は操業効率と密接な関係があ
り、羽口から吹込まれた燃料の燃焼によって発生する熱
を鉄鉱石の還元に有効に利用することは非常に大切なこ
とである。しかしながらこれまでに開発された微粉炭燃
料吹込技術を適用した高炉操業では、上記発生熱のうち
相当量が高炉耐火壁への伝熱放散に消費され、レースウ
ェイ直上部を降下してくるコークス類の酸化反応： Ｃ＋CO₂→2CO が不十分となる傾向が認められた。

一方高炉内における装入物の降下現象は、上記酸化反応
に基づくコークス中Ｃの消耗に基づくものである。しか
るにブローパイプ内に微粉炭を供給することはこの微粉
炭による熱風中O₂の消費を招き、従って前記酸化反応に
供給されるO₂の減少、ひいてはコークス消費量の減少を
招き、レースウェイ内における装入物降下速度の低下を
招く。この様な現象は所謂オールコークス操業に比べて
微粉炭吹込操業の方が顕著であるところからも確認され
る。こうして炉内周辺側のコークス類降下速度が遅くな
ると、その分炉中心側のコークス類が相対的に早く酸化
を受けて降下し、従って高炉内融着帯形状を最適形態
（逆Ｖ字形）に保持することが困難となり、余り好まし
くないとされているＷ字形を呈し易くなるという徴候が
認められる様である。

この様なところから、高炉内の周辺側におけるコークス
類の降下速度を中心側における降下速度より相対的に早
くして逆Ｖ字形融着帯形状を形成し得る様な操業条件を
確立する必要が生じた。そこで本発明者等は更に研究を
進め、微粉炭吹込量を一定とした場合における燃焼性
（換言すれば微粉炭の燃焼による消費量）を制御すれ
ば、内壁側装入物の降下速度を中心側装入物の降下速度
に対して相対的に調整し得るのではないかとの着想を、
その様な制御手段を開発することとした。

［課題を解決する為の手段］ 上記課題の下で完成された本発明の構成は高炉の送風羽
口に接続されたブローパイプに微粉炭燃料吐出ランスを
挿入し、該吐出ランスから吐出された微粉炭燃料をブロ
ーパイプ内に熱風流れによって高炉内へ吹込むに当た
り、前記吐出ランスにおける微粉炭燃料吐出先端の前記
ブローパイプ長さ方向位置を調節することにより、炉内
周辺部側の装入物降下速度を炉内中心部側に装入物降下
速度に対して相対的に調整する点に要旨が存在するもの
である。

［作用］ 本発明はブローパイプ内への微粉炭燃料吐出位置をブロ
ーパイプの長さ方向に調節することによって炉内周辺部
側の装入物降下速度を相対的に調整することを要旨とす
るものである。高炉におけるこの様な制御技術は従来全
く行なわれたことがなく、本発明をもって嚆矢とする。

第２図は本発明の実験において用いた実炉における微粉
炭燃料吹込装置を示す概略図であり、１は羽口、２はブ
ローパイプ、３は微粉炭燃料吐出ランスを示す。図では
微粉炭燃料吐出ランス３の取付位置をブローパイプ２の
長さ方向に沿って任意に変更できる様にランス挿入孔４
を多数設け、ランス３を挿入しないときは詰栓５を施し
ておく。そして羽口１とブローパイプ２の境界位置をＳ
としたとき、吐出ランス３の先端位置Ｐが該境界位置Ｓ
より熱風吹込上流側（図では右側）をプラス（＋）、下
流側（出では左側）をマイナス（−）と定め、＋200mm
の場合と−100mmの場合について夫々下記の様な実験を
行なった。即ち上記２つの場合について個々に微粉炭燃
料の吹込操業を行ない高炉々壁の各ポイントにおける温
度を測定し、高炉の高さ方向に測温値をプロットしたと
ころ第１図に示す様な結果が得られた。第１図の黒丸印
は前記境界位置Ｓから上流側へ＋200mmの地点へ微粉炭
燃料を吐出させた場合の炉壁高さ方向温度分布を示して
おり、同図の白丸印は反対に下流側へ−100mmの地点へ
吐出させた場合の炉壁高さ方向温度分布を示している。
このグラフから明白である様に微粉炭燃料の吐出位置が
ブローパイプの長さ方向に見て異なっていることによっ
て炉壁温度の高さ方向分布に顕著な変異が認められる。
即ち微粉炭燃料の吐出位置がブローパイプの上流側へ近
づくと炉腹部における壁側温度が上昇し、反対にブロー
パイプの下流側へ近づくと炉腹部における壁側温度が低
下している。このことは次のことを意味するものと考え
られる。すなわち微粉炭燃料がブローパイプの上流側へ
吐出された場合は当該燃料の着火が比較的早く始まって
羽口先での燃焼性が向上し、その結果、前に述べた様に
レースウェイ内での酸素量低減に基づく装入コークスの
燃焼不良、即ち降下速度の低下による軟化融着帯のＷ字
形状化（その結果としての周辺流の促進）の他、ブロー
パイプ内での温度上昇による羽口冷却水の抜熱能力低下
も加わって炉壁の温度を上昇させる。つまり炉壁からの
熱損失量が増大する結果、発生した熱量の高炉内での利
用効率が低下し高炉操業におけるコークス比が高くなっ
て炉熱変動も増加し、生産性の低下並びに炉況安定性の
低下といった不都合が生じる。従ってこの場合は高炉の
周辺側におけるコークスの消化量が減少気味となり、高
炉内装入物の降下速度がおだやかになってくる。このこ
とを相対的に言えば高炉内の中心側における装入物降下
速度に比べて周辺側の装入物降下速度が遅くなることを
意味し、従って鉄鉱石の還元進行によって形成される軟
化融着帯のプロフィールがＷ字形となり、高炉操業上好
ましくない状態が形成される。

これに対して微粉炭燃料がブローパイプの下流側へ吐出
された場合は当該燃料の着火が遅れ羽口先での燃焼性が
悪くなる。従って炉壁方向への抜熱量は少なくなり炉壁
温度の上昇は第１図に示した如く極めておだやかなもの
となる。この点前記特公昭60−53081号においては、微
粉炭燃料の吐出位置がブローパイプの下流側へ移行する
とブローパイプやレースウェイ内での不完全燃焼に基づ
いて微粉炭が炉内充填層内に蓄積し通気性を悪化させる
という問題を招くことを懸念した。この為微粉炭燃料の
吐出位置はブローパイプ内の上流位置にすると定めてい
たのであるが、このことは前述の如くコークス比の向上
や炉熱変動の多発という不都合を生じる原因ともなって
いたのである。これに対し本発明において検討した如く
微粉炭燃料の吐出位置をブローパイプの下流側に設定し
た場合は前述の様に炉壁方向への抜熱量が減少すること
によって発生熱量の有効利用が図られ、コークス比の向
上をもたらすという効果が得られるだけでなく、未燃焼
の微粉炭はコークスよりも早くガス化し、炉の通気性に
悪影響を及ぼす心配がないということを見出すに至っ
た。

ちなみに第３図は微粉炭燃料のブローパイプ内燃焼率と
高炉腹部の熱損を相関させたグラフであり、微粉炭燃料
の燃焼率が低くなるほど腹部熱損が少なくなっているこ
とが分かる。

結局本願発明は微粉炭燃料のブローパイプ内への吐出位
置をブローパイプ長さ方向に変更することによって炉内
壁面への抜熱量をコントロールし、それによってコーク
ス比を調整しつつ炉体周辺側の装入物降下速度を炉内中
心側装入物の降下速度に対して相対的に制御するもので
あるが、一般的に言えばコークス比を減少させて炉内周
辺側の装入物降下速度を高め逆Ｖ字形の融着帯形状を形
成することは高炉操業上有意義なことであるから、微粉
炭燃料のブローパイプ内への吐出位置はできる限り下流
側を選択することが推奨される。尚上流側にするとき
は、羽口とブローパイプの境界位置より上流側100mm程
度までで止めておく方が好ましい。一方下流側について
は上記境界位置より下流側300mmが限度であり、これよ
り下流側になると燃焼性が極端に悪くなり、燃料吹込み
の趣旨に沿わなくなる。

［実施例］ 第３図は微粉炭燃料吐出位置を上記境界位置を中心にし
て上流側100mm、下流側100mmの範囲内で調節したときの の比を求めたものであり、吐出位置を下流側へ設定した
ものほとＫ値が低下しており、炉壁に対する熱負荷の減
少していることが分かる。

第４図は下流側から上流側にかけてより広範囲に吐出位
置を制御したときの風圧指数（無次元）を求めたもので
あり風圧指数が高いものほど通気性障害が大きいことを
示す。このグラフから明らかな様に上記境界位置を基準
として下流側300mmを超えると、未燃焼の微粉炭燃料が
過剰に堆積して通気障害を生じていることが分かる。

［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されているので、高炉操業にお
ける炉内周辺側の装入物降下速度を中心側装入物の降下
速度に対して相対的に早める様に制御することができ、
コークス比の向上を図ると共に軟化融着帯形状の逆Ｖ字
化を促進することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉高さ方向に見た炉壁温度の分布状況を示す
グラフ、第２図はブローパイプ部分の構造を示す説明
図、第３図は微粉炭燃料吐出位置と炉下部の温度（中心
側と周辺側の比）を示すグラフ、第４図は微粉炭燃料吐
出位置と風圧指数の関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ
   に微粉炭燃料吐出ランスを挿入し、該吐出ランスから吐
   出された微粉炭燃料をブローパイプ内の熱風流れによっ
   て高炉内へ吹込むに当たり、前記吐出ランスにおける微
   粉炭燃料吐出先端の前記ブローパイプ長さ方向位置を調
   節することにより、炉内周辺部側の装入物降下速度を炉
   内中心部側の装入物降下速度に対して相対的に調整する
   ことを特徴とする高炉制御方法。
2. 【請求項２】請求項（１）に記載された相対的調整を行
   なうことによって炉体下方部の円周方向耐火壁の熱負荷
   を制御することを特徴とする高炉制御方法。