JP5070706B2

JP5070706B2 - 高炉操業方法

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Publication number: JP5070706B2
Application number: JP2006020311A
Authority: JP
Inventors: 亮太村井; 道貴佐藤; 達郎有山; 伸二長谷川; 昭夫下村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: JP2006233332A

Description

本発明は、高炉羽口から微粉炭や合成樹脂材と、天然ガス等メタンを主成分とする気体還元材を吹込む高炉操業方法に関する。

銑鉄を製造する高炉で還元材として用いられるコークスは、原料として高価な強粘結炭を必要とし、またその製造設備であるコークス炉の建設、運転、補修等の費用を必要とするため、一般に高価である。このため高炉におけるコークスの使用量低減による銑鉄製造コストの削減が望まれている。

上記の目的を達成するため、コークスに比較して安価な微粉炭の多量使用や、廃棄物に含まれる合成樹脂材を高炉の還元材として使用することが行われている。
しかし、これら微粉炭や合成樹脂材等の固体状の還元材(以降、固体還元剤と称す)は一般に燃焼速度が遅く、未燃チャー等の未燃物が生成し、粉として高炉内に蓄積して高炉の安定操業を阻害するという問題があった。
そこで着火・燃焼の速い気体状の還元材を同時に吹込み、前述の固体還元材の燃焼を促進する手段が提案されている。

たとえば、特許文献１には、ブローパイプから供給される熱風温度を８１０℃以上に調整し、粉体燃料（近年、高炉へ投入される石炭、コークス類は鉄鉱石の還元剤としての役割を果たすことから「燃料」から「還元材」と呼ぶようになっているため固体還元材と称する。）を吹込み管と平行してガス燃料（前述の理由により、以後「気体還元材」と称する。）吹込み管を配設し、固体還元材と気体還元材の混焼を行わせつつ高炉内へ吹込むことにより固体還元材の燃焼性を改善する技術が開示されている。
特公平１−２９８４７号公報

特許文献１においては、気体還元材の燃焼熱を利用して固体還元材の昇温を促進し固体還元材の急速燃焼を行なわせることができるとしているが（特許文献１の第２頁第４欄第２９行〜３３行参照）、固体還元材と気体還元材の吹込み比に関する情報は不明確と言わざるを得ず、いかなる吹込み比の場合に燃焼性が改善されるかについて知ることができない。

そこで、発明者らは、固体還元材と気体還元材の吹込み比にかかわらず燃焼性を改善できるかという観点から特許文献１に開示された技術をさまざまな実験により検証した。その結果、固体還元材と気体還元材の吹込み比にかかわらず燃焼性を改善するには気体還元材の燃焼熱を固体還元材に伝える必要があり、そのためには気体還元材の燃焼火炎と固体還元材の接触性が重要であることが分かった。

そして、この接触性を確保するには、特許文献１の実施例にあるような同芯型ランス（固体還元材の吹込み管の外周部に気体還元材の吹込み管を配設して気体還元材の燃焼火炎が固体還元材の流線を包み込むような構造にしたランス）を用いて吹込むか、あるいは別々のランスからそれぞれ固体還元材と気体還元材を吹込む場合には、それぞれのランスから噴出する固体流と気体流が良く接触するように極めて注意深くランスの位置、方向を調整する必要が生じることが明らかになった。

ところで、吹込みランスはブローパイプと呼ばれる高炉の送風管を貫通して設置する必要があるため、その外径は小さいことが望まれ、吹込みランスの外径が大きいとそれだけ大きな穴を送風管に開ける必要があるが、送風管の強度や耐熱性に著しい悪影響を与えることになる。
したがって、外径が大きくなる同芯型のランスは実験炉などでは可能であるが、２４時間連続操業を続ける実際の製造設備で使用することは実質的に困難である。

また、複数のランスから固体還元材、気体還元材を別々に吹込み、その流線を接触させる実験を行ったが、やはり困難であった。つまり、実機においてランスの位置、角度を適切に調整することはかなり困難であり、たとえ適切に調整しえたとしても、熱風の流速、固体および気体還元材の突出速度などが脈動したり、製造設備の細かな振動によりランス位置が変化したりするため、常時流線を接触状態に保つことは困難であった。
そして、流線が接触状態から外れると、固体還元材の燃焼性は低下し未燃分が多量に発生し通気性悪化や吹き抜け現象など好ましく無い影響が現れた。

ここで吹き抜けとは、還元性ガスの流れが止まり炉内の圧力が上昇し、一定の圧力に達したとき、爆発的に還元性ガスの上昇が再開される現象を指している。このような場合、ガス流れの再開と同時に炉内の装入物がガスに同伴されて移動するため、層状に堆積された装入物の分布が乱れることになる。装入物の分布が乱れると、通気性がさらに悪化したり、酸化鉄の還元不良等を生じるため、高炉操業に極めて悪い影響を与えるのみならず、圧力の上昇により高炉炉体への機械的ダメージを与えたり、急激に高温ガスが噴出することによる諸設備への熱的悪影響も懸念される。

以上のように特許文献１においては、固体還元材と気体還元材の吹込み比に関する情報は示されておらず、いかなる吹き込み量にすることで燃焼性の改善に効果的であるかが不明である。
また、固体還元材と気体還元材の吹込み比によらず燃焼性を改善しようとすると特許文献１に示されたような特殊なランスが必要となり、実機においての実施が困難である。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、気体還元材と固体還元材の吹込み比の適正範囲を明確にすることにより、固体還元材と気体還元材との混焼において燃焼性を改善すると共に実機においても実現可能な高炉操業方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、発明者らは、固体還元材の燃焼促進手段として、固体還元材と気体還元材の流線の接触状態に依存しない輻射燃焼について検討した。その理由は、固体還元材と気体還元材の流線の接触状態に依存しないでも燃焼が促進できる輻射燃焼を利用した燃焼形態であれば、接触燃焼、輻射燃焼を問わず燃焼一般における燃焼性の改善が図れるからである。
詳細は以下の通りである。

一般に黒体面（すべての電磁波エネルギーを吸収、放射する理想的面）からの熱放射のエネルギーＥはステファン・ボルツマンの法則に従い、定数σと絶対温度Ｔにより、
Ｅ＝σ・Ｔ^４（Ｗ/ｍ^２）・・・（式１）
で表される。
今、気体還元材の燃焼生成物による高温輻射を考えているからＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＮ_２など混合気の放射率をεとすれば利用可能な熱放射エネルギーＥ*は、
Ｅ*＝ ε・σ・Ｔ^４（Ｗ/ｍ^２）・・・（式２）
で表されることになる。
このように熱放射のエネルギーは温度の４乗に比例して変化するので、熱放射エネルギーは温度の影響が非常に大きい。
そこで、熱放射のエネルギーを利用して固体還元材の燃焼促進を図るには、気体還元材の火炎温度を制御することが重要であることが分かる。

また、放射率εの値は温度等によって変化するもののおおむねＣＯ２で０．０６、Ｈ２Ｏで０．０５程度の値であり、ＣＯ２の方がやや大きい値となる。したがって、特許文献１では水素の燃焼速度が速いため気体還元材としては水素が最も有利であると述べられているが、熱放射のエネルギーを考慮すると、メタン（ＣＨ４）などＣＯ２を生成する還元材が有利と言える。

上述のように気体還元材の火炎温度を制御することが重要であることが分かったので、熱風気流中での気体還元材の燃焼火炎温度について検討を行なった。以下においては気体還元材としてメタンガスを用いた。
支燃材（酸素）とメタンを充分に混合後に着火し、燃焼が生じるいわゆる予混合燃焼では、燃焼反応が平均的に生じるためその燃焼温度は理論火炎温度（断熱系を仮定してエンタルピー収支と物質収支により決まる平均温度）に近い値になり、計算により求めることも可能であるが、熱風気流中にランスからメタンを噴出させて燃焼させる場合はいわゆる拡散燃焼となり、必ずしも理論火炎温度とは等しくならない。ここで言う拡散燃焼とは、以下のようなものをいう。ランスから噴出する気体還元材流は、ランスを頂点とする円錐形となる。円錐の内部には支燃材は存在しないため燃焼反応は進行せず、円錐の外周表層部で熱風と混合した気体還元材が燃焼を開始する。その後円錐内部に向かって火炎が拡散・伝播して行く。これを拡散燃焼という。

このように、熱風気流中にランスからメタンを噴出させて燃焼させる場合は拡散燃焼になるため、その燃焼温度は単なる断熱平均温度にはならない。そこで、火炎温度を実測して求めることとした。具体的には以下に示すようにした。
図２に示すような、実機の高炉の羽口１本分を再現できる燃焼試験装置を用いて火炎温度の実測を行なった。送風温度は１２００℃に固定し、送風量は３００Ｎｍ^３/ｈｒとし、メタンの吹込み比を０〜１００ｋｇ/t-p（単位ｋｇ/t-pは、銑鉄１トン当たりのガスの吹込み量を示す）の範囲で変化させた。火炎温度はランス先端から１００ｍｍおよび２００ｍｍ下流において放射温度計により側面観察窓から実測した。

メタンの吹込み量については式３に示す換算式により時間当たり吹込み量から、銑鉄１トン当たりの吹込み量に変換した。
Ｇas.Ｒ＝（Ｖ/Ｖｂ）×Ｖｇ×(Ｍｇ/Ｃ) ・・・ (式３)
ただし、
Ｇas.Ｒ：銑鉄１トンあたりメタン吹込み量 (ｋｇ-gas/t-p)
Ｖ：送風原単位（銑鉄を１トン製造するために必要な送風量）(Ｎｍ^３-air/t-p)
Ｖｂ：時間当たり送風量(Ｎｍ^３-air/hr)
Ｖｇ：時間当たりメタン吹込み量(Ｎｍ^３-gas/hr)
Ｍｇ：メタン分子量(=16)(ｋｇ-gas/kmol-gas)
Ｃ：メタンの体積をモル数に変換する係数(=22.4)(Ｎｍ^３-gas/kmol-gas)

火炎温度の実測結果を図３に示す。同図には熱放射エネルギーの計算値、微粉炭の燃焼率を同時に示している。熱放射エネルギーは１２００℃の場合の熱放射エネルギー（E*1200）を１とした場合の相対値(E*/E*1200)を示す。微粉炭の燃焼率はガス火炎の燃焼温度測定終了後に１００ｋｇ/t-pの吹込み比で吹込みガスと混焼させ、未燃ダストを捕集し、その燃焼率を実測したものである。燃焼率の実測方法は下記の参考文献に記載の方法で測定をおこなった。
参考文献：Advanced pulverized coal injection
technology and blast furnace operation:Edited by K.Ishii, ELSEVIER 2000、P.68）

図３に示されるように、火炎温度はガス吹込み比の増大とともに上昇し、ガス吹込み比が１８ｋｇ/t-p以上でほぼ一定値となることが分かった。これに対応して、火炎からの熱放射エネルギーもガス吹込み比の増大とともに増大するが、式1および式２で示したように温度の４乗に比例して増大するためその傾きは極めて大きいものとなっている。この放射エネルギーを受けて微粉炭の燃焼性は改善されることになる。

微粉炭の燃焼率はガス吹込み比が１０ｋｇ/t-p以上でほぼ一定値となった。微粉炭の燃焼は揮発成分の燃焼が先行して生じ、その後固定炭素分が燃焼するが、このうち熱供給律速反応は揮発分の放出とその燃焼反応であり、ガス吹込み比が１０ｋｇ/t-p以上では熱放射エネルギーはまだ上昇をつづけるが、微粉炭の揮発分を燃焼させるに充分な熱量が供給されたため微粉炭の燃焼率は一定となったと考えられる。言いかえれば、微粉炭の燃焼率をさらに上昇させるためには、熱放射エネルギーの供給ではなく、固定炭素と酸素との接触を増大させるような工夫が必要になるものと考えられる。
いずれにしても、微粉炭の燃焼性向上のためにはガス吹込み比は１０ｋｇ/t-p以上が望ましい。

ガス吹込み比を増大させていくと、図４に示すように、７５ｋｇ/t-p以上で火炎温度は低下し始めた。これは前述のように燃焼は円錐状のガス流の表層のみで生じ、この面積は吹込み比を増大させてもそれほどは増大しない一方で、ガス吹込み比を増大させたことで常温のガスが冷却剤として働くためと考えられる。燃焼温度が低下しても燃焼率は維持されるが、放射エネルギーＥ*/Ｅ*1200が６を割り込むガス吹込み比８０ｋｇ/t-p以上では微粉炭の燃焼率は低下を始めた。
したがって、気体還元材の吹込み比は１０乃至８０ｋｇ/t-pが適切な範囲と結論できる

次に本発明の微粉炭吹込み比の上下限について検討する。下限値については特に重要な制約は無いが、微粉炭吹込み比が50kg/t-p以下であれば図５に示すように、微粉炭単独吹込み時と気体還元材と微粉炭の同時吹込み時の微粉炭燃焼率はほぼ同一となった。通常、微粉炭は常温で吹き込まれるか場合により予熱して吹き込まれるが、予熱される場合でも石炭の熱分解温度（概ね400℃）以下の温度であり、熱風（概ね1200℃）に比較して低温である。したがって微粉炭の吹込み比が多い場合には、吹込み直後の雰囲気温度が微粉炭により冷却され大きく低下するため、微粉炭の燃焼が著しく遅れることとなる。このため、気体還元材を同時に吹き込むことにより、気体還元材の燃焼の結果生じる熱放射エネルギーが微粉炭の燃焼を促進する。一方で微粉炭の吹込み比が少ない場合には、熱風による熱供給のみで充分に微粉炭の着火燃焼を誘引できる条件にあることがわかる。このように微粉炭吹込み比が50kg/t-p以下であれば微粉炭は充分に燃焼させることが容易であることから、本発明を適用するまでも無く高い燃焼率を得ることができ、したがって高価なコークスを低減しつつ経済的な操業が可能である。

一方、上限については後述の実機試験の結果から１５０ｋｇ/t-pであることが明らかとなった。実機で本発明を検証するための試験を実施したところ微粉炭吹込み比量が１５０ｋｇ/t-pを超えると吹き抜け現象が急増した。これは、本発明により微粉炭の燃焼効率を６０mass％から７０mass％に引き上げたとはいえ、依然として吹込み微粉炭のうち、３０mass％は未燃物として炉内部に入り、蓄積することによるものと推定される。

上記の実験では、吹込み固体還元材として微粉炭のみを対象としたが、微粉炭と合成樹脂材を混合して吹込んでも同様の結果を得た。その他に、微粒化した合成樹脂、微粒化した木材チップなどや、これらの混合物を用いてもよい。
本発明で用いる合成樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロイド等のＣ、Ｈ、Ｏを主体としたプラスチックであり、廃棄物のリサイクル利用を推進する観点からは、使用済みプラスチックを用いることが特に好ましい。

使用済みプラスチックとは、一般家庭からゴミとして排出されるプラスチック製品や、工場等でのプラスチックの製造・加工時に生じる屑や不良品（産業廃棄物）等であり、プラスチック以外の異物（金属、紙、その他の無機物および有機物）が付着もしくは混入しているプラスチック類を含むものである。このような使用済みプラスチック（廃プラスチック）の具体例としては、プラスチックボトル、プラスチック袋、プラスチック包み、プラスチックフィルム、プラスチックトレイ、プラスチックカップ、磁気カード、磁気テープ、ＩＣカード、フレキシブルコンテナ、プリント基板、プリントシート、電線被覆材、事務機器または家電製品用ボディーおよびフレーム、化粧合板、パイプ、ホース、合成繊維および衣料、プラスチック成型ペレット、ウレタン材、梱包用シート、梱包用バンド、梱包用クッション材、電気用部品、玩具、文房具、トナー、自動車用部品（例えば、内装品、バンパー）、自動車または家電製品等のシュレッダーダスト、イオン交換樹脂、合成紙、合成樹脂接着樹剤、合成樹脂塗料、固形化燃料（廃棄プラスチック減容物）等が例示され、これらを廃棄物としての状態のまま、あるいは必要に応じて所定の処理を施したものを利用することができる。また、これら使用済みプラスチックと製品プラスチックとの混合物を利用してもよい。

また、上記の実験では、気体還元材としてメタンガスを用いたが、液化天然ガス（ＬＮＧ）、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、コークスガス（ＣＯＧ）、水素ガス吹込みでも同様の結果を得た。もっとも、前述の式２に示した放射率の高いＣＯ_２からの熱放射を考えると、ドライベースの元素分析で、炭素を５０mass%以上含有したメタン、液化天然ガス、都市ガス、液化石油ガス、コークスガス等の炭素を含有する還元材であれば、さらに好ましい。また、これらのガスは、工業的にも入手が容易である。
なお、水素ガスは、熱放射の面でＣＯ_２に比べて、不利であり、純粋な水素ガスは、工業的にも入手が困難である。
特に、入手が容易なガスとしてたとえば液化天然ガスや、都市ガスが望ましく、これらはメタンを主成分（概ねメタン８０体積％以上）とすることが多い。

本発明は、上述した固体還元材と気体還元材の同時吹込みによる固体還元材の燃焼促進機構の解明と、これに基づく種々の実験に基づいてなされ、上述した問題点を解消したものである。

（１）本発明に係る高炉操業方法は、羽口から補助還元材として気体還元材及び固体還元材を吹込む高炉操業方法において、前記気体還元材として、ＣＨ4を主成分とするガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、コークスガス（ＣＯＧ）を用い、該気体還元材の吹込み比を１０乃至８０ｋｇ/t-pとし、かつ固体還元材の吹込み比を５０乃至１５０ｋｇ/t-pに調整して吹込むことを特徴とするものである。
なお、ここで言う補助還元材は、羽口から吹き込まれる還元材であって、気体還元材と固体還元材の総称である。気体還元材と固体還元剤は、常温常圧で、それぞれ気体と固体の物質であって、羽口から還元材として吹き込まれるものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、固体還元材として微粉炭及び/または合成樹脂材を用いることを特徴とするものである。
なお、ここで言う微粉炭は、羽口から吹き込まれる石炭粉で、その粒度は、一般的に７５μｍ以下程度のものが、使用される。

（３）さらに、上記（１）または（２）に記載のものにおいて、ドライベースの元素分析で、炭素を５０mass%以上含有した気体還元材を用いることを特徴とするものである。

本発明においては、羽口から補助還元材として気体還元材、及び固体還元材を吹込む高炉操業方法において、気体還元材の吹込み比を１０乃至８０ｋｇ/t-ｐとし、かつ固体還元材の吹込み比を５０乃至１５０ｋｇ/t-pに調整して吹込むようにしたので、固体還元材と気体還元材の吹込み比の組み合わせの全てについて実験や数値シミュレーションをすることなしに最適吹込み条件を決定することができ、高価なコークス使用量を削減して銑鉄製造コストを低減できる。

図１は本実施の形態に係る高炉操業方法の実施に使用した高炉及びその周辺設備の概要の説明図である。
本実施の形態に使用した高炉及びその周辺設備は、図１に示すように、内容積が３２２３ｍ^３である高炉１の送風管２を貫通して微粉炭吹込みランス３、合成樹脂材吹込みランス４、気体還元材吹込みランス５が設置されている。
また、本実施の形態において用いた微粉炭、合成樹脂材、気体還元材の各分析値は表１に示す通りである。また、用いた気体還元材の構成分子分析値を表２に示す。

以下に述べる実施例においては、様々な吹込み条件下で羽口から補助還元材として気体還元材及び固体還元材を吹込む高炉操業方法を実施し、気体還元材の吹込み比量を１０〜８０ｋｇ/t-pの範囲とし、かつ固体還元材の吹込み比を５０〜１５０ｋｇ/t-pの範囲とした複数の例を実施例として表３および４に示した。

また、気体還元材の吹込み比及び/または固体還元材の吹込み比が上記本発明の範囲を外れた例を比較例として表５および６に示した。

なお、高炉の操業を安定して行なうためには、羽口先の断熱理論温度が２０００℃程度の値で一定とすることが重要であるため、各送風条件に応じて酸素富化率の調整を行なった。このとき、高炉への酸素の供給量を一定（すなわち銑鉄の生産速度一定）となるように送風量を調整した。酸素富化率の高い実施例においては送風量が減少する。

ここで微粉炭の置換率については、還元材の吹込み無しでのコークス比が499kg/t-pであったことと、気体還元材および合成樹脂材の置換率を便宜上1.0に固定することにより、下式４により算出した。厳密には置換率は還元材の種類によって異なるが、複数種類の還元材の置換率をそれぞれ分離して算出することは極めて困難である。便宜的に微粉炭以外の置換率を固定し、複数種類の還元材の置換率を微粉炭の置換率で代表させたことになるが、最終的に合計の還元材比を低減することが目的であることを考慮すれば、このような置換率算出方法は簡便法として有効と考えられる。

実施例１は気体還元材Ｃ（メタン）比を２０ｋｇ/t-p、微粉炭比を７０ｋｇ/t-pとした場合を示す。微粉炭の置換率は０．７１と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例２は気体還元材Ｃ比を２０ｋｇ/t-p、微粉炭比を７０ｋｇ/t-pおよび合成樹脂材比を３０ｋｇ/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては１００ｋｇ/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は０．７０と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例３は気体還元材Ｃ比を４０ｋｇ/t-p、微粉炭比を１２０ｋｇ/t-pとした場合を示す。微粉炭の置換率は０．７１と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例４は気体還元材Ｃ比を６０ｋｇ/t-p、微粉炭比を１２０ｋｇ/t-pおよび合成樹脂材比を２０ｋｇ/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては１４０ｋｇ/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は０．７０と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例５は気体還元材A比を20kg/t-p、微粉炭比を50kg/t-pとした場合を示す。微粉炭の置換率は0.72と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例６は気体還元材A比を20kg/t-p、微粉炭比を70kg/t-pおよび合成樹脂材比を30kg/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては100kg/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は0.73と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例７は気体還元材A比を40kg/t-p、微粉炭比を100kg/t-pとした場合を示す。微粉炭の置換率は0.73と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例８は気体還元材A比を60kg/t-p、微粉炭比を120kg/t-pおよび合成樹脂材比を20kg/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては140kg/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は0.72と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例９は気体還元材B比を50kg/t-p、微粉炭比を100kg/t-pおよび合成樹脂材比を20kg/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては120kg/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は0.74と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例１０は気体還元材B比を40kg/t-p、微粉炭比を70kg/t-pおよび合成樹脂材比を40kg/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては110kg/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は0.73と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例１１は気体還元材A比を10kg/t-p、微粉炭比を140kg/t-pとした場合を示す。微粉炭の置換率は0.72と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例１２は気体還元材B比を10kg/t-p、微粉炭比を100kg/t-pおよび合成樹脂材比を40kg/t-pとした場合を示す。固体還元材の吹込み比としては140kg/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は0.73と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例１３は気体還元材C比を10kg/t-p、微粉炭比を120kg/t-pとした場合を示す。微粉炭の置換率は0.73と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

実施例１４は気体還元材A比を20kg/t-p、気体還元材B比を20kg/t-p、気体還元材C比を20kg/t-p、微粉炭比を50kg/t-pおよび合成樹脂材比を30kg/t-pとした場合を示す。気体還元材の吹込み比としては60kg/t-pであり、固体還元材の吹込み比としては80kg/t-pであり、本発明の範囲内であるため、微粉炭の置換率は0.72と高く吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていると言える。

一方、比較例１は気体還元材Ｃ比を５ｋｇ/t-p、微粉炭比を１００ｋｇ/t-pとした場合を示す。気体還元材比が小さく本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は０．５９と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。
比較例２は気体還元材Ｃ比を３０ｋｇ/t-p、微粉炭比を１６０ｋｇ/t-pとした場合を示す。固体還元材比が大きすぎ、本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は０．５３と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例３は気体還元材Ｃ比を１５ｋｇ/t-p、微粉炭比を１２０ｋｇ/t-pおよび合成樹脂材比を４０ｋｇ/t-pとした場合を示す。固体還元材比が合計１６０ｋｇ/t-pと大きすぎ、本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は０．５２と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。
比較例４は気体還元材Ｃ比を１００ｋｇ/t-p、微粉炭比を１００ｋｇ/t-pとした場合を示す。気体還元材比が大きすぎ、本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は０．５３と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例５は気体還元材A比を5kg/t-p、微粉炭比を60kg/t-pとした場合を示す。気体還元材比が小さく本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は0.57と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例６は気体還元材A比を30kg/t-p、微粉炭比を160kg/t-pとした場合を示す。固体還元材比が大きすぎ、本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は0.56と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例７は気体還元材A比を20kg/t-p、微粉炭比を120kg/t-pおよび合成樹脂材比を50kg/t-pとした場合を示す。固体還元材比としては170kg/t-pとなり、本発明の範囲外であるため微粉炭の置換率は0.53と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例８は気体還元材A比を100kg/t-p、微粉炭比を60kg/t-pとした場合を示す。気体還元材比が大きすぎ、本発明の範囲外であるため微粉炭の置換率は0.53と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例９は気体還元材B比を5kg/t-p、微粉炭比を50kg/t-pとした場合を示す。気体還元材比が小さく本発明の範囲外であり微粉炭の置換率は0.56と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例１０は気体還元材B比を90kg/t-p、微粉炭比を120kg/t-pおよび合成樹脂材比を40kg/t-pとした場合を示す。気体還元材比としては90kg/t-p、固体還元材比としては160kg/t-pとなり、いずれも大きすぎ本発明の範囲外であるため微粉炭の置換率は0.53と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例１１は気体還元材C比を85kg/t-p、微粉炭比を115kg/t-pおよび合成樹脂材比を40kg/t-pとした場合を示す。気体還元材比としては85kg/t-p、固体還元材比としては155kg/t-pとなり、いずれも大きすぎ本発明の範囲外であるため微粉炭の置換率は0.54と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例１２は気体還元材C比を5kg/t-p、微粉炭比を140kg/t-pおよび合成樹脂材比を20kg/t-pとした場合を示す。固体還元材比としては160kg/t-pと大きすぎ、かつ気体還元材比が小さく本発明の範囲外であるため、微粉炭の置換率は0.52と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例１３は気体還元材B比を10kg/t-p、気体還元材C比を5kg/t-p、微粉炭比を160kg/-pとした場合を示す。固体還元材比としては160kg/t-pと大きすぎるため、微粉炭の置換率は0.51と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

比較例１４は気体還元材A比を40kg/t-p、気体還元材B比を40kg/t-p、気体還元材C比を10kg/t-p、微粉炭比を100kg/-pとした場合を示す。気体還元材比としては90kg/t-pと大きすぎるため、微粉炭の置換率は0.52と低く、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていないと言える。

以上のように、本発明の実施例１〜１４はすべて微粉炭の置換率が０．７以上の高い値を示しており、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できている。
他方、比較例１〜１４は、いずれも微粉炭の置換率が０．６以下であり、吹込み還元材によりコークスを有効に低減できていない。

なお、補助還元材の吹込み方法については、さまざまな方法があり、たとえば微粉炭、合成樹脂材、気体還元材の内２種または3種を同芯状の多重管ランスにより同時に吹込む方法（図７参照）や、2種または3種を単管で混合して吹込む方法（図６参照）など複数考えられ、本発明はその方法については特に限定されるものではない。
この点、従来技術においては気体還元材と吹込み固体還元材を接触させて伝熱を促進せしめることが必要であるため、そのランス構造や配置に特別の注意を要した。
しかし、本発明においては、気体還元材の燃焼により生じる熱放射を利用するためにランスの構造や吹込み方法に特別な制約は無く、実機においての実施が容易である。

本発明の一実施形態に係る高炉操業方法の実施に使用した高炉及びその周辺設備の説明図である。本発明を完成するための実験に用いた燃焼試験装置の説明図である。本発明を完成するための実験におけるガス吹込み比と火炎温度の実測結果を示すグラフであり、放射エネルギーの計算値、微粉炭の燃焼率を同時に示している（その１）。本発明を完成するための実験におけるガス吹込み比と火炎温度の実測結果を示すグラフであり、放射エネルギーの計算値、微粉炭の燃焼率を同時に示している（その２）。微粉炭比と微粉炭燃焼率との関係を示すグラフである。本発明の別の実施形態に係る気体還元材吹込み装置である。本発明の別の実施形態に係る固体還元材吹込み装置である。

符号の説明

１高炉、２送風管、３微粉炭吹込みランス、４合成樹脂材吹込みランス、５気体還元材吹込みランス。

Claims

羽口から補助還元材として気体還元材及び固体還元材を吹込む高炉操業方法において、
前記気体還元材として、ＣＨ4を主成分とするガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、コークスガス（ＣＯＧ）を用い、
該気体還元材の吹込み比を１０乃至８０ｋｇ/t-pとし、かつ固体還元材の吹込み比を５０乃至１５０ｋｇ/t-pに調整して吹込むことを特徴とする高炉操業方法。
固体還元材として微粉炭及び/または合成樹脂材を用いることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。