BR112021014817A2

BR112021014817A2 - Método de operação de alto forno

Info

Publication number: BR112021014817A2
Application number: BR112021014817-5A
Authority: BR
Inventors: Hiroshi Sakai; Koki Nishioka; Kaoru Nakano
Original assignee: Nippon Steel Corporation; Jfe Steel Corporation; Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.); Nippon Steel Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-09-28
Also published as: KR20210118911A; CN113423845A; CN113423845B; TWI730628B; AU2020226229B2; CA3128163A1; UA127367C2; JP7105708B2; AU2020226229A1; CA3128163C; JP2020132928A; WO2020171008A1; EP3907303B1; KR102585689B1; TW202039864A; EP3907303A4; US20220119899A1; EP3907303A1

Abstract

método de operação de alto forno. a presente invenção refere-se a um método de operação de alto forno de acordo com um aspecto da presente invenção compreende as etapas de: determinar previamente a correlação entre a intensidade de carbono em um gás de redução e a quantidade de redução da intensidade de consumo de carbono input?c devido ao sopro do gás de redução em um alto forno para cada razão molar c/h entre átomos de carbono e átomos de hidrogênio no gás de redução; determinar a intensidade de carbono que se torna igual a ou maior que o valor almejado predeterminado para a quantidade de redução da intensidade de consumo de carbono input?c no gás de redução com base na correlação que foi determinada para cada razão molar c/h; e ajustar a quantidade de sopro do gás de redução a ser soprado no alto forno com base na intensidade de carbono no gás de redução que foi determinado na etapa precedente e a razão do teor de carbono no gás de redução.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE OPERAÇÃO DE ALTO FORNO". Campo técnico da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um método de operação de alto forno.

[002] É reivindicada prioridade sobre o Pedido de Patente Japonesa No. 2019-026220, registrada em 18 de fevereiro de 2019, cujo teor está incorporado aqui como referência. Técnica relativa

[003] Na indústria de aço, um método de operação de alto forno é a corrente principal de um processo de produção de aço. No método de operação de alto forno, materiais portadores de ferro para um alto forno (matérias primas incluindo óxido de ferro; minérios principalmente sinterizados; daqui em diante referidos simplesmente como “materiais portadores de ferro”) e coque são carregados alternadamente em camadas em um alto forno a partir do topo do alto forno, e um jato de ar quente é soprado no alto forno a partir de uma ventaneira de uma parte inferior do ato forno. O jato de ar quente reage com o carvão pulverizado soprado junto om o jato de ar quente e o coque no alto forno de modo que o gás redutor a alta temperatura (aqui, principalmente gás CO) seja produzido no alto forno. Isto é, o jato de ar quente gaseifica o coque e o carvão pulverizado no alto forno. O gás redutor sobe no alto forno e reduz o material portador de ferro enquanto aquece os materiais portadores de ferro. Os materiais portadores de ferro são aquecidos e reduzidos pelo gás de redução enquanto caem no alto forno. A seguir, os materiais portadores de ferro são fundidos e são derramados no alto forno enquanto são também reduzidos pelo coque. Finalmente, os materiais portadores de ferro são acumulados em uma soleira como ferro fundido (ferro gusa) incluindo cerca de 5% em massa de carbono. O ferro fundido na soleira é extraído por um furo de corrida e é fornecido ao próximo processo de produção de aço. Consequentemente, no método de operação de alto forno, um material carbono tal como coque ou carvão pulverizado é usado como material redutor.

[004] A propósito, recentemente, o aquecimento global tem sido um problema social, e a redução de emissões de dióxido de carbono (gás CO2) que é um gás de efeito estufa foi reivindicada como contramedida contra o aquecimento global. Como descrito acima, no método de operação do alto forno, uma grande quantidade de ferro gusa é produzida usando-se um material de carbono como material redutor. Portanto, uma grande quantidade de CO2 é produzida. Consequentemente, a indústria de aço é uma indústria importante em relação às emissões de gás CO2 e precisa atender a demanda da sociedade. Especificamente, também a redução da razão de material de redução (a quantidade de material de redução usado por tonelada de ferro fundido) é exigida urgentemente na operação do alto forno. Especificamente, a razão do material de redução se refere à massa total de coque e de carvão pulverizado necessária para a produção de uma tonelada de ferro fundido (e quando o gás de redução é soprado a partir de uma ventaneira), e o gás de redução (descrito abaixo soprado a partir de uma ventaneira).

[005] O material de redução tem a função de aquecer materiais a serem carregados no forno como uma fonte de aquecimento tem a função de redução o material portador de ferro no forno, e precisa aumentar a eficiência da redução no forno para reduzir a razão do material de redução. As reações de redução no forno podem ser representadas por várias formulas de reação. Entre essas reações de redução, uma reação de redução direta (fórmula da reação: FeO + C → Fe + CO) pelo coque é uma reação endotérmica acompanhada de alta absorção de calor. Consequentemente, para reduzir a razão do material de redução, é importante suprimir a ocorrência da reação de redução direta tanto quanto possível. A razão para isso é que, suprimindo-se a ocorrência de reação de redução direta tanto quanto possível, a quantidade de coque e de material de redução usado como fonte de aquecimento necessária para a reação de redução direta pode ser reduzida. A reação de redução direta ocorre em uma parte inferior do alto forno. Portanto, desde que os materiais portadores de ferro possam ser suficientemente reduzidos pelo gás de redução tal como CO ou H2 até que os materiais portadores de ferro alcancem a parte inferior do forno, os materiais portadores de ferro como objetivo da reação de redução direta podem ser reduzidos.

[006] Como técnicas da técnica relativa para resolver os problemas descritos acima, por exemplo, como descrito nos Documentos de Patente 1 a 3, é conhecida uma técnica de melhorar o potencial do gás de redução em um forno pelo sopro do gás de redução (por exemplo, COG, LPG, ou gás metano) incluindo carbono juntamente com o jato de ar quente a partir de uma ventaneira. Nessa técnica, o carbono no gás de redução soprado por uma ventaneira é convertido em gás CO no alto forno para reduzir os materiais portadores de ferro. Como resultado, a quantidade de materiais portadores de ferro como objetivo da reação de redução direta pode ser reduzida. Na descrição do sopro, a menos que especificado de forma diferente, “carbono” e “hidrogênio” representam “átomo de carbono” e “átomo de hidrogênio”, respectivamente. Documento da técnica anterior Documentos de Patente

[007] Documento de Patente 1: Patente Japonesa No. 6019893

[008] Documento de Patente 2: Patente Japonesa No. 5070706

[009] Documento de Patente 3: Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, Primeira Publicação No. 2007-169750

Descrição da invenção Problemas a serem resolvidos pela invenção

[0010] Entretanto, quando a quantidade de gás de redução incluindo carbono soprado (a sua quantidade soprada por tonelada de ferro fundido) aumenta, a quantidade de carbono alimentada no alto forno aumenta junto com a quantidade soprada de material de redução. Juntamente com um aumento no volume do gás de redução, o fator de utilização de gás CO no alto forno muda. Quando o volume do gás de redução aumenta excessivamente, a maior parte do gás de redução é descarregada sem ser usada no forno. Consequentemente, apenas quando a quantidade de sopro de gás de redução aumenta, o carbono no gás de redução é descarregado sem ser usado para redução de modo que a razão do material de redução pode aumentar ou as emissões de CO2 podem aumentar.

[0011] Assim, a presente invenção foi feita em consideração dos problemas descritos acima, e o objetivo da presente invenção é fornecer um método de operação de alto forno novo e melhorado no qual um efeito desejado de redução da razão do material de redução possa ser obtido. Meios para resolver o problema

[0012] Para alcançar o objetivo, definiu-se um parâmetro de redução InputΔC no consumo de carbono específico provocado pelo sopro do gás de redução no alto forno. Aqui, o consumo de entrada de carbono específico C (kg/t-gusa) refere-se à quantidade de carbono consumida por tonelada de ferro fundido e mais especificamente se refere à massa total de coque, carvão pulverizado, e carbono no gás de redução soprado pelas ventaneira necessária para produzir uma tonelada de ferro fundido. Especificamente a entrada C é calculada a partir da Expressão Numérica (1) a seguir. Entrada C (kg/t-gusa) = razão de coque (kg/t-gusa) × proporção de carbono (% em massa) no coque + razão do carvão pulverizado (kg/t- gusa) × proporção de carbono (% em massa) no carvão pulverizado + consumo de gás de redução usado (Nm3/t-gusa) × proporção de carbono (kg/Nm3) no gás de redução (1).

[0013] Aqui, a razão de coque e a razão de carvão pulverizado referem-se às quantidades de coque e carvão pulverizado usadas por tonelada de ferro fundido. O consume de gás de redução refere-se ao volume de gás de redução por tonelada de ferro fundido. A proporção de carbono no coque refere-se ao % em massa de carbono em relação `massa total do coque, e a proporção de carbono n o carvão pulverizado refere-se ao % em massa de carbono em relação à massa total de carvão pulverizado. A proporção de carbono no gás de redução refere-se ao teor de carbono por unidade de volume do gás de redução. Na Expressão Numérica (1), o volume (Nm3/t-gusa) do gás de redução soprado para produzir uma tonelada de ferro fundido foi usado como consume de gás de redução usado, e o teor de carbono (kg/Nm3) por unidade de volume do gás de redução foi usado como a proporão de carbono no gás de redução. Entretanto, a massa (kg/t-gusa) do gás de redução soprado para produzir uma tonelada de ferro fundido foi usada como o consume de gás de redução usado, e o % em massa de carbono em relação à massa total do gás de redução foi usado como a proporção de carbono no gás de redução.

[0014] InputΔC pode ser definido, por exemplo, como a proporção de redução (porcentagem, %) no consume de carbono específico (entrada de C) de uma operação onde a quantidade predeterminada de gás de redução é soprada em relação à operação base. Na operação base, por exemplo, as condições de operação em que o gás de redução não é soprado podem ser ajustadas. Quando a entrada de C de uma operação base é representada por A (kg/t-gusa) e a entrada de C de uma operação em que uma quantidade predeterminada de gás de redução é soprada é representada por B (kg/t-gusa), InputΔC é representada pela Expressão Numérica (2) a seguir. Naturalmente, a redução de InputΔC no consume de carbono específico não é limitada ao valor representado pela Expressão Numérica (2) a seguir e pode ser um valor que represente o grau de redução no consumo de carbono específico em relação à operação base. Por exemplo, InputΔC pode ser a diferença (A – B) entre A e B. InputΔC = (A - B) / A × 100 (%) (2)

[0015] InputΔC é o parâmetro correspondente à razão de material de redução, e à medida que InputΔC aumenta, a redução na razão do material de redução em relação à operação base aumenta. Como descrito abaixo em detalhes nos Exemplos, calculou-se o InputΔC em relação às quantidades de uma pluralidade de gás de redução soprado pela execução de uma simulação de operação de alto forno enquanto se muda o tipo de gás de redução e a quantidade de gás de redução soprada (a quantidade de gás de redução soprada por tonelada de ferro fundido). Como resultado, desde que a quantidade de gás de redução soprada seja pequena, InputΔC aumenta juntamente com um aumento na quantidade de gás de redução soprado. Entretanto, foi esclarecido que, à medida que a quantidade de gás de redução soprada também aumenta, o aumento de InputΔC diminui, e InputΔC começa a diminuir.

[0016] Assim, foi conduzida uma investigação nos parâmetros que afetam InputΔC ou a razão de material de redução. Inicialmente, focou-se na quantidade de hidrogênio alimentada (Nm3/t-gusa) no alto forno por tonelada de ferro fundido. O hidrogênio descrito aqui refere- se ao hidrogênio alimentado na frente da ventaneira e inclui não apenas o hidrogênio no gás de redução mas também o hidrogênio na umidade higroscópica de ar e hidrogênio no carvão pulverizado. Foi mudada a quantidade de hidrogênio alimentado pela mudança do tipo de gás de redução e da quantidade de gás de redução soprado e obtém a correlação entre a quantidade de hidrogênio alimentada e a taxa de redução de hidrogênio (%) nesse momento através da simulação de operação do alto forno.

Aqui, a simulação de operação do alto forno foi executada usando-se o mesmo método que o do Exemplo 1 abaixo.

A taxa de redução de hidrogênio é definida como a proporção de óxido de ferro reduzido pelo hidrogênio no óxido de ferro no forno, e a soma da taxa de redução de CO (a proporção de óxido de ferro reduzido pelo gás CO) e a taxa de redução direta (a proporção de reduzido por redução direta com C) é de 100%. Os resultados estão mostrados na FIG. 2. Na FIG. 2, o gás do forno de coque (COG), o gás natural (NG), e um gás misto de gás de forno de coque e hidrogênio foram usados como gás de redução.

Aqui, durante a mistura de gás de forno de coque e gás hidrogênio para gás misto, COG:H2 = 1:1,43 quando a quantidade total de hidrogênio alimentado no forno ≈ 270 Nm3/t-gusa, e COG:H2 = 1:2,28 quando a quantidade total de hidrogênio alimentada no forno ≈ 340 Nm3/t-gusa.

Na operação base, o gás de redução não foi soprado.

Como resultado, pode ser visto que, independentemente do tipo de gás de redução, à medida que a quantidade de hidrogênio alimentado aumenta, a taxa de redução de hidrogênio (%) aumenta substancialmente monotonicamente.

Quando os materiais portadores de ferro são reduzidos completamente, a soma da taxa de redução de hidrogênio, da taxa de redução de CO, e da taxa de redução direta é de 100% e há uma relação entre onde, à medida que a taxa de redução de hidrogênio aumenta, a taxa de redução direta (ou a taxa de redução de CO) diminui.

A FIG. 3 mostra a taxa de redução direta nesse momento.

Nesse teste à medida que a quantidade de hidrogênio alimentado aumenta monotonicamente, a taxa de redução direta diminui monotonicamente, e InputΔC aumenta monotonicamente juntamente com um aumento na quantidade de hidrogênio alimentado. Portanto, um comportamento específico em que o aumento no InputΔC diminui juntamente com um aumento na quantidade de hidrogênio alimentado e InputΔC começa a diminuir não é passível de ocorrer. Consequentemente, foi descoberto que a quantidade hidrogênio alimentado não é um parâmetro que afeta o comportamento de InputΔC ou a razão de material reduzido.

[0017] A seguir, focou-se no consumo de carbono alimentado no alto forno juntamente com o gás de redução soprado pela ventaneira. Aqui, o consume de carbono alimentado no alto forno juntamente com o gás de redução é um valor obtido multiplicando-se a proporção de carbono (kg/Nm3) no gás de redução pelo volume de gás de redução (Nm3/t-gusa) por tonelada de ferro fundido. Daqui em diante, o consumo de carbono alimentado no alto forno juntamente com o gás de redução será também referido como “o consumo de carbono no gás de redução”.

[0018] Calculou-se InputΔC pela execução da simulação de operação do alto forno enquanto muda o consumo de carbono no gás de redução e o tipo de gás de redução como descrito abaixo nos Exemplos em detalhes. Como resultado, constatou-se que há uma correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução.

[0019] Conduziu-se uma investigação sobre a correlação entre InputΔC e o consume de carbono no gás de redução e esclareceram que a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução tende a variar entre um caso em que a razão molar C/H de átomos de carbono para átomos de hidrogênio no gás de redução é de 0,15 ou mais e um caso em que C/H é menor que 0,15. Mais especificamente, quando C/H no gás de redução é 0,15 ou mais, a correlação entre InputΔC e o consume de carbono no gás de redução é determinado exclusivamente independentemente do tipo de gás de redução (em outras palavras, independentemente do C/H do gás de redução). Por outro lado, quando C/H no gás de redução é menor que 0,15, a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução varia dependendo da C/H no gás de redução. Note que, em todos os casos, a correlação entre InputΔC e o consume de carbono no gás de redução é representada por um gráfico que forma uma curva convexa para cima (isto é, quando o consumo de carbono no gás de redução é um valor dado, o valor máximo é mostrado).

[0020] Consequentemente, obtendo-se a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás rede redução previamente por C/H no gás de redução, o consumo de carbono no gás de redução pode ser determinado de modo que InputΔC seja um valor predeterminado almejado ou maior com base na correlação. Em adição, a quantidade de gás de redução soprado no alto forno pode ser ajustada com base no consumo de carbono determinado no gás de redução e na proporção de carbono no gás de redução. Como resultado, o InputΔC desejado (isto é, InputΔC que seja o valor almejado ou maior) pode ser obtido. Isto é, o efeito de redução da razão de material de redução almejado pode ser obtido, e também a razão de material de redução pode ser reduzida mais seguramente. Além disso, de acordo com essa correlação, quando o consume de carbono no gás de redução é um valor dado, InputΔC mostra o valor máximo (o gráfico específico será descrito abaixo). Consequentemente, quando o consumo de carbono no gás de redução é determinado de modo que InputΔC esteja próximo do valor máximo, a razão do material de redução pode ser reduzida mais eficientemente. Além disso, obtendo-se a correlação por C/H no gás de redução, a quantidade de gás de redução soprada pode ser determinada com base na correlação correspondente ao C/H no gás de redução. A presente invenção foi completada com base nas constatações descritas acima.

[0021] O sumário da presente invenção é como segue.

[0022] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um método de operação de alto forno no qual um gás de redução incluindo átomos de hidrogênio e átomos de carbono é soprado em um alto forno, o método incluindo: obter uma correlação entre o consumo de carbono no gás de redução e uma redução InputΔC no consumo de carbono específico provocado pelo sopro do gás de redução no alto forno por razão molar C/H de átomos de carbono para átomos de hidrogênio no gás de redução; determinar o consumo de carbono no gás de redução onde a redução InputΔC no consumo de carbono específico é um valor almejado predeterminado ou maior com base na correlação obtida por C/H; e ajustar a quantidade de gás de redução soprado no alto forno com base no consumo de carbono determinado no gás de redução e na proporção de carbono no gás de redução.

[0023] Aqui, a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução pode ser 0,15 ou mais.

[0024] Em adição, a correlação pode ser representada por uma expressão quadrática do consumo de carbono no gás de redução.

[0025] Em adição, a correlação pode ser representada por Y = a1X2 + b1X + c1 (onde X representa o consumo de carbono no gás de redução, Y representa a redução InputΔC no consumo de carbono específico, e todos os coeficientes a1, b1 e c1 representam valores que não dependem da razão molar C/H).

[0026] Em adição, o consumo de carbono no gás de redução pode ser determinado em uma faixa de 21 kg/t-gusa a 107 kg/t-gusa.

[0027] Em adição, o consumo de carbono no gás de redução pode ser determinado em uma faixa de 21 kg/t-gusa a 65 kg/t-gusa.

[0028] Em adição, a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução pode ser maior que 0 e menor que 0,15.

[0029] Em adição, a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução pode ser 0,13 ou menos.

[0030] Em adição, a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução pode ser 0,10 ou menos.

[0031] Em adição, a correlação pode ser representada por Y = a2X2 + b2X + c2 (onde X representa o consumo de carbono no gás de redução, Y representa a redução InputΔC no consumo de carbono específico, e pelo menos um dos coeficientes a2, b2 e c2 representa uma função incluindo a razão molar C/H como uma variável).

[0032] Em adição, quando o gás de redução é soprado no alto forno, a temperatura da chama pode ser ajustada para ser 2000°C ou mais.

[0033] Em adição, para ajustar a temperatura da chama para ser 2000°C ou mais, pelo menos um entre o volume de ar soprado ou a razão de enriquecimento do oxigênio no ar soprado deve ser ajustado.

[0034] Em adição, o gás de redução pode ser selecionado do grupo consistindo de gás de forno de coque, gás natural, gás de topo reformado (BFG), gás de cidade, um gás misto dos mesmos, e gás misto de hidrogênio obtido misturando-se gás hidrogênio ao mesmo. Efeitos da invenção

[0035] De acordo com o aspecto da presente invenção, o efeito de redução da razão de material de redução desejado pode ser obtido. Breve descrição dos desenhos

[0036] A FIG. 1 é um gráfico mostrando a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono (kg/t-gusa) no gás de redução por C/H no gás de redução.

[0037] A FIG. 2 é um gráfico mostrando a relação entre a taxa de redução de hidrogênio e a quantidade de hidrogênio alimentada (Nm3/t-gusa) em um alto forno por tonelada de ferro fundido.

[0038] A FIG. 3 é um gráfico mostrando a relação entre a taxa de redução direta e a quantidade de hidrogênio alimentada (Nm3/t-gusa) no alto forno por tonelada de ferro fundido. Modalidades da invenção

[0039] Daqui em diante, uma modalidade preferida da presente invenção será descrita em detalhes. Na modalidade a seguir, uma faixa de limitação numérica representada usando-se “a” refere-se a uma faixa incluindo os valores numéricos antes e depois do “a” como limite inferior e limite superior. Um valor numérico mostrado juntamente com “maior que” ou “menor que” não está incluído em uma faixa numérica.

1. Correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução

[0040] Inicialmente a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução soprado por uma ventaneira (daqui em diante a correlação será também referida como “correlação ΔC- gás de redução”) será descrita com base na FIG. 1. Na FIG. 1 o eixo vertical (eixo y) representa InputΔC (%) e o eixo horizontal (eixo x) representa o consumo de carbono (kg/t-gusa) no gás de redução.

[0041] Aqui, InputΔC pode ser definido como a proporção de redução no consumo de carbono específico provocada ´pelo sopro do gás de redução no alto forno. Quando a entrada de C de uma operação base é representada por A (kg/t-gusa) e a entrada de C de uma operação onde uma quantidade predeterminada de gás de redução é soprada é representada por B (kg/t-gusa), InputΔC é representado pela Expressão Numérica (2) a seguir. Note que InputΔC da operação base na FIG. 1 é 0,0. Naturalmente, InputΔC não é limitado a ser representado pela Expressão Numérica (2) a seguir. Por exemplo, a diferença (A-B) entre A e B pode ser obtida como InputΔC. InputΔC = (A - B) / A × 100 (%) (2)

[0042] O consumo de carbono no gás de redução refere-se ao consumo de carbono alimentado no alto forno pelo gás de redução soprado pela ventaneira como descrito acima, e pode ser obtido multiplicando-se a proporção de carbono (kg/Nm3) no gás de redução pelo volume do gás de redução (Nm3/t-gusa) por tonelada de ferro fundido.

[0043] O gás de redução é soprado no alto forno a partir de uma ventaneira fornecida no alto forno. O gás de redução inclui componentes de redução que reduzem materiais portadores de ferro no alto forno. Aqui, os componentes de redução de acordo com a modalidade inclui não apenas um componente (por exemplo, gás CO ou gás hidrogênio) que pode reduzir os materiais portadores de ferro por si só mas também um componente (por exemplo, CO ou gás hidrocarboneto) que possa reduzir os materiais portadores de ferro mas também um componente (por exemplo, gás CO2 ou gás hidrocarboneto) que podem produzir gás de redução através de uma reação no alto forno (por exemplo, uma reação com coquem carvão pulverizado, ou similares ou decomposição).

[0044] A correlação ΔC-gás de redução mostrada na FIG. 1 é obtida executando-se, por exemplo, uma simulação de operação de alto forno. Como a simulação de operação de alto forno, por exemplo, um assim chamado “Modelo Matemático de Alto Forno”, Kouji TAKATANI, Takanobu INADA, Yutaka UJISAWA, “Simulador Dinâmico Tridimensional para Alto Forno”, ISIJ International, Vol. 39 (1999), No.1, pgs.15 a 22 pode ser usado. Nesse modelo matemático de alto forno, uma região interna do alto forno é dividida na direção da altura, na direção radial, e na direção circunferencial para definir uma pluralidade de malhas (pequenas regiões), e o comportamento de cada uma das malhas é simulado. O sumário da simulação de operação de alto forno é como segue. Isto é, a simulação de operação do alto forno é executada usando-se vários casos em que C/H no gás de redução e a quantidade de gás de redução soprada (a sua quantidade soprada por tonelada de ferro fundido) são diferentes entre si.

Os casos também incluem a operação base (um caso em que o volume do gás de redução é 0). Aqui, as condições de operação são ajustadas de modo que a temperatura da chama e a temperatura do ferro fundido sejam tão constantes quanto possível nos casos.

Por exemplo, pelo menos um entre o volume de jato de ar quente ou a razão de enriquecimento do oxigênio no jato de ar quente pode ser ajustado.

Aqui, a temperatura da chama se refere a uma temperatura no forno em uma porção de ponta da ventaneira no interior do forno, e também será referida como “temperatura da ponta da ventaneira”. Na operação real a temperatura da chama é calculada como a temperatura de combustão teórica da ponta da ventaneira de acordo com a Equação de Lamm descrita em “Ironmaking Handbook” (Chijinshokan Co., Ltd.), Akitoshi SHIGEMI.

O jato de ar quente soprado no alto forno é um gás incluindo ar.

O jato de ar quente pode incluir uma umidade higroscópica e oxigênio enriquecido em adição ao ar.

Esquematicamente, a razão de enriquecimento do oxigênio refere- se à proporção de volume de oxigênio no jato de ar quente em relação ao volume total de jato de ar quente, e é representado por “razão de enriquecimento do oxigênio (%) = {(volume do jato de ar quente [Nm3/min] × 0,21 + quantidade de oxigênio enriquecido [Nm3/min] / (volume do jato de ar quente [Nm3/min] + quantidade de oxigênio enriquecido [Nm3/min])} × 100 - 21. Em adição a ou ao invés de o ajuste dos fatores descritos acima, pelo menos uma entre a razão de coque ou a razão de carvão pulverizado pode ser ajustada.

Como resultado, InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução são obtidos para cada caso.

Aliás, um ponto representando InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução de ada um dos casos é plotado no plano xy mostrado na FIG. 1. Os pontos P1 a P8 são exemplos dos pontos plotados. Uma curva ajustada de cada uma das plotagens é obtida usando-se um método de aproximação tal como um método de mínimos quadrados ou similar. Essas curvas ajustadas a partir de um gráfico mostrando a correlação ΔC – gás de redução. Os gráficos L1 a L5 são exemplos do gráfico mostrando a correlação ΔC - gás de redução. 1-1. Caso em que C/H é 0,15 ou mais

[0045] Como descrito acima, a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução isto é, a correlação ΔC-gás de redução tende a variar entre o caso em que a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução é 0,15 ou mais e um caso em que C/H é menor que 0,15. Portanto, inicialmente, a correlação ΔC-gás de redução do caso em que C/H é 0,15 ou mais será descrita com base nos pontos P1 a P4 e no gráfico L1.

[0046] Aqui, o ponto P1 representa InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução na operação base (operação em que o gás de redução não é soprado), os pontos P2 e P4 representam InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução em uma operação em que o gás de forno de coque (COG, C/H = 0,186) é soprado como gás de redução, e o ponto P3 representa InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução em uma operação em que o gás natural (C/H = 0,25) é soprado como gás de redução. Os pontos P1 a P3 foram obtidos usando-se o mesmo método que o do Exemplo 1 descrito abaixo. O ponto P4 foi obtido usando-se o mesmo método do Exemplo 1, exceto que a temperatura da chama foi ajustada para 2085°C a 2315°C. O gráfico L1 é um gráfico mostrando a curva ajustada dos pontos P1 a P4, isto é, a correlação ΔC-gás de redução.

[0047] Exemplos do gás de redução em que C/H é 0,15 ou mais incluem COG, gás natural, gás de cidade, e similares. O gás de redução pode ser um gás obtido pela reforma de gás de topo (BFG) (gás obtido pela remoção de vapor d’água e gás CO2 do gás de topo). Entre esses, o gás de redução incluindo gás hidrocarboneto, isto é, COG, gás natural, gás de cidade ou similar é preferível. Quando esse gás de redução é usado, o gás hidrocarboneto é queimado no forno para gerar calor de combustão. Portanto, uma outra redução na razão de redução do material pode ser esperada. Além disso, em uma usina de ferro onde um forno de coque está presente, a energia pode ser fornecida a partir da própria usina de ferro usando-se o COG. O COG é mais preferível aos outros gases de redução do ponto de vista de custo. O limite superior de C/H não é particularmente limitado, e pode ser, por exemplo, 0,3 ou menos.

[0048] A composição de COG usada para obter os dados dos pontos P2 e P4 está mostrada na Tabela 1, e a composição do gás natural usada para obter os dados do ponto P3 está mostrada na Tabela 2. Essas composições foram medidas por cromatografia a gás, um espectrômetro de massa, ou similar. Os valores numéricos de cada um dos componentes mostrados nas Tabelas 1 e 2 são a razão molar mais especificamente, a razão entre as concentrações molares (mol/l)). Note que C representa a proporção de carbono (kg/Nm3) no gás de redução. C/H do COG tendo a composição mostrada na Tabela 1 abaixo é de 0,185. O exemplo de cálculo é como segue: (0,065 + 0,025 + 0,292 + 0,02 × 2 + 0,008 × 2) / (0,535 × 2 + 0,292 × 4 + 0,02 × 4 + 0,008 × 6) = 0,185

[0049] Em adição, C/H do gás natural tendo a composição mostrada na Tabela 2 abaixo é 0,271. O exemplo de cálculo é como segue: (0,85 + 0,03 × 2 + 0,12 × 2) / (0,85 × 4 + 0,03 × 4 + 0,12 × 6) = 0,271 Tabela 1

Exemplo de composição do COG CO CO2 H2 N2 CH4 C2H4 C2H6 C C/H (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (kg/Nm3) (-) 0,065 0,025 0,535 0,055 0,292 0,02 0,008 0,23 0,185 Tabela 2

[0050] Exemplo de composição de gás natural CH4 C2H4 C2H6 C C/H (-) (-) (-) (kg/Nm3) (-) 0,85 0,03 0,12 0,62 0,271

[0051] Como pode ser visto da FIG. 1, os pontos P1 a P4 estão presentes em substancialmente o mesmo gráfico L1. Consequentemente, obtendo-se o consumo de carbono no gás de redução independentemente do tipo de gás de redução (em outras palavras, independentemente da C/H no gás de redução), InputΔC pode ser especificado de forma única. Isto é, InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução tem uma correlação que não depende de C/H, essa correlação é representada pelo gráfico L1. Além disso, quando o fato de que o ponto P4 está presente no gráfico L1 é levado em consideração, pode ser dito que a correlação também não depende da temperatura da chama.

[0052] Uma vez que o gráfico L1 é representado por um gráfico convexo na direção para cima, o consumo de carbono no gás de redução é representado por uma expressão quadrática. Por exemplo, o gráfico L1 é representado pela expressão numérica Y = a1X2 + b1X + c1. X representa o consumo de carbono no gás de redução, e Y representa InputΔC. Todos os coeficientes a1, b1, e c1 representam valores que não dependem da razão molar C/H. No exemplo da FIG. 1, o gráfico L1 é representado pela expressão numérica Y = -0,0014X2 +0,194X (isto é, a1 = -0,0014, b1 = 0,194, c1 = 0). Naturalmente o gráfico L1 não é limitado a ser representado por essa expressão numérica.

[0053] De acordo com o gráfico L1, quando o consumo de carbono no gás de redução está em uma faixa de 65 kg/t-gusa ou menor, InputΔC tem uma correlação positiva com o consumo de carbono no gás de redução, e quando o consumo de carbono no gás de redução está em uma faixa de mais que 65 kg/t-gusa, InputΔC tem uma correlação negativa com o consumo de carbono no gás de redução. Em adição, quando o consumo de carbono no gás de redução é de cerca de 65 kg/t-gusa, InputΔC mostra um valor máximo. Consequentemente, quando o consumo de carbono no gás de redução é determinado de modo que InputΔC esteja próximo ao valor máximo, a razão do material de redução pode também ser reduzida.

[0054] Mais especificamente, quando o consumo de carbono no gás de redução está em uma faixa de 21 kg/t-gusa a 107 kg/t-gusa, InputΔC é aproximadamente de 4,0% ou mais. Nesse caso, por exemplo, 375 kg/t-gusa a 500 kg/t-gusa, a razão do material de redução é reduzida de cerca de 15 kg/t-gusa a 20 kg/t-gusa ou mais. Essa redução é um valor significativo em consideração à flutuação diária na razão do material de redução, e a efetividade da redução na razão do material de redução pode ser esperada. Consequentemente, o consumo de carbono no gás de redução é preferivelmente de 21 kg/t-gusa a 107 kg/t-gusa.

[0055] Aqui, quando o consumo de carbono no gás de redução é de cerca de 65 kg/t-gusa, InputΔC mostra um valor máximo, e quando o consumo de carbono no gás de redução excede 65 kg/t-gusa, InputΔC começa a diminuir. Isto é, o efeito de redução de Input C é perdido. Por exemplo, a razão para isso é presumida ser que o consumo de carbono no gás de redução é excessivamente alto comparado com a quantidade necessária para a redução no forno de modo que o fator de utilização do gás diminua ou ser que, embora a quantidade de gás de redução soprado aumente juntamente com o aumento do consumo de carbono no gás de redução, sob a condição de que a temperatura da chama seja constante, a razão de enriquecimento do oxigênio aumenta juntamente com o aumento da quantidade de gás de redução soprado e com a quantidade de gás soprado no alto forno através de um forno de aquecimento diminui de modo que o calor sensível do ar diminui, ou similar. Consequentemente, o consumo de carbono no gás de redução é mais preferivelmente 65 kg/t-gusa ou menos, isto é. 21 kg/t-gusa a 65 kg/t- gusa. Nesse caso, InputΔC pode ser feito ser alto (especificamente 4,0% ou mais) com uma menor quantidade de gás de redução soprado.

[0056] Em adição, quando o gás de redução no qual a proporção de carbono (kg/Nm3) é baixa (em particular, o gás de redução no qual a proporção de carbono é menor que 0,6 kg/Nm3) é usado, devido às restrições da operação, pode ser o caso em que o consumo de carbono no gás de redução é preferivelmente de 65 kg/t-gusa ou menos. Daqui em diante, a razão para isso será descrita em detalhes.

[0057] Na operação do alto forno, é necessário que a temperatura da chama seja mantida em um valor constante que seja maior que ou igual a um valor predeterminado (aqui, o valor predeterminado varia dependendo de vários fatores mas é passível de ser um valor de cerca de 1000°C) tanto quanto possível. A razão para isso é que, quando a temperatura da chama é menor que um valor predeterminado, a combustibilidade do carvão pulverizado diminui e há um problema, por exemplo, pelo fato de que chart não queimado é produzido e deteriora a permeabilidade do forno ou pelo fato de que apenas uma parte do carvão pulverizado alimentado como material de redução pode ser usado como gás de redução (que é produzido no forno), ou similares. Quando a proporção de carbono (kg/Nm3) no gás de redução soprado pela ventaneira é baixa, é necessário soprar uma grande quantidade de gás de redução para ajustar o consumo de carbono no gás de redução para que seja maior que 65 kg/t-gusa. Como resultado, é necessário aumentar a razão de enriquecimento do oxigênio no jato de ar quente. Presume-se que a razão para isso seja que, a menos que a razão de enriquecimento de oxigênio seja aumentada, pode haver um caso em que a temperatura da chama não possa ser mantida a um valor predeterminado ou maior. Note que, à medida que a razão de enriquecimento de oxigênio aumenta, a proporção de oxigênio no jato de ar quente aumenta de modo que oxigênio puro é soprado. Nesse momento, a razão de enriquecimento de oxigênio alcança o limite superior, e a razão de enriquecimento de oxigênio não pode mais aumentar.

[0058] Por exemplo, quando o consumo de carbono no gás de redução é ajustado para 83 kg/t-gusa usando-se o COG que tenha a composição mostrada na Tabela 1, é necessário soprar o COG a 350 Nm3/t-gusa. Nesse caso, aumentando-se a taxa de enriquecimento de oxigênio para estar próxima do limite superior, a temperatura da chama pode ser mantida no valor predeterminado ou maior. Entretanto, é necessário projetar cuidadosamente os elementos de operação de modo que a temperatura da chama esteja muito próxima do valor predeterminado, e é necessário monitorar os elementos cuidadosamente durante a operação. Consequentemente, a operação pode ser executada, mas são necessários tempo e esforços para a operação. Além disso, quando o consumo de carbono no gás de redução é de 95 kg/t-gusa, é necessário soprar o COG a 400 Nm3/t-

gusa. Nesse caso, mesmo quando oxigênio puro é soprado, pode haver o caso em que a temperatura da chama não possa ser mantida no valor predeterminado ou maior. Quando o consumo de carbono no gás de redução é de 65 kg/t-gusa ou menos, a quantidade de COG soprada pode ser feita ser menor que 350 Nm3/t-gusa. Portanto, uma tolerância pode ser dada à razão de enriquecimento de oxigênio e à temperatura da chama. Consequentemente, quando o gás de redução no qual a proporção de carbono (kg/Nm3) é baixa (em particular, é usado o gás de redução no qual a proporção de carbono é menor que 0,6 kg/Nm3), o consumo de carbono no gás de redução é preferivelmente 65 kg/t-gusa ou menos.

[0059] Por outro lado, quando o gás natural (a proporção de carbono é 0,6 kg/Nm3 ou mais) mostrado na Tabela 2 é usado, basicamente, as restrições descritas acima não estão presentes. Por exemplo, mesmo quando o consumo de carbono no gás de redução é de 100 kg/t-gusa que é muito maior que 65 kg/t-gusa, a quantidade do gás de redução soprado precisa ser de apenas cerca de 170 Nm 3/t- gusa. Nesse caso, embora uma diminuição da temperatura da chama seja relacionado, a temperatura da chama pode ser feita ser o valor predeterminado ou maior pelo aumento da razão de enriquecimento de oxigênio. Consequentemente, o consumo de carbono no gás de redução pode ser feito ser maior que 65 kg/t-gusa.

[0060] Devido às razões descritas acima, o ponto P2 é plotado em uma faixa de 65 kg/t-gusa ou menos, mas o ponto P3 é plotado em uma faixa mais ampla.

[0061] Quando condições de operação diferentes das condições descritas acima mudam, a correlação ΔC-gás de redução pode flutuar ligeiramente do gráfico L1. Mesmo nesse caso, entretanto, é considerado que não há flutuação significativa na faixa preferível do consumo de carbono no gás de redução.

1-2. Caso em que C/H é menor que 0,15

[0062] Incidentalmente, inicialmente, a correlação ΔC-gás de redução do caso em que C/H é menor que 0,15 será descrito com base nos pontos P1 e P5 a P8 e nos gráficos L2 a L5. Aqui, o ponto P5 representa InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução em um caso em que C/H no gás de redução é 0,054, o ponto P6 representa InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução em um caso em que C/H no gás de redução é 0,097, o ponto P7 representa InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução em um caso em que C/H no gás de redução é 0,137, e o ponto P8 representa InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução em um caso em que C/H no gás de redução é 0,02. Os pontos P5 a P8 foram obtidos usando-se o mesmo método que o do Exemplo 2 descrito abaixo. Os gráficos L2 a L5 são gráficos mostrando as curvas ajustadas dos pontos de P5 a P8, isto é, as correlações ΔC-gás de redução, respectivamente.

[0063] Foi conduzida uma investigação sobre o gás de redução (por exemplo, COG, gás natural, gás de cidade, e similares) na técnica relativa, e C/H na maioria do gás de redução foi 0,15 ou mais. Portanto, o gás de redução no qual C/H é menor que 0,15 pode ser produzido, por exemplo, misturando-se gás hidrogênio com o gás de redução no qual C/H é 0,15 ou mais. O gás de redução no qual o gás hidrogênio é misturado pode ser qualquer um desde que seja um gás de redução no qual C/H é 0,15 ou mais, e seus exemplos incluem COG, gás natural, gás de topo, gás de cidade, e similares. Em adição, o método de produção do gás de redução não é necessariamente limitado a esse método. Por exemplo, o gás de redução no qual C/H é menor que 0,15 pode ser produzido misturando-se gases de redução tendo diferentes razões C/H entre si (especificamente um gás de redução no qual C/H é 0,15 ou mais e um gás de redução no qual C/H é menor que 0,02).

[0064] Como visto claramente da FIG. 1, os pontos P5 a P8 estão presentes nos gráficos L2 a L5 que são diferentes entre si, respectivamente. Consequentemente, quando C/H no gás de redução é menor que 0,15, a correlação ΔC-gás de3 redução varia dependendo da razão C/H no gás de redução. Isto é, obtendo-se C/H no gás de redução e o consumo de carbono no gás de redução, InputΔC pode ser especificado de forma única. Dessa forma, InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução têm uma correlação que depende de C/H, e a correlação por C/H é representada, por exemplo, pelos gráficos L2 a L5. Note que todas as correlações são representadas pelos gráficos convexos na direção para cima (isto é, quando o consumo de carbono no gás de redução é um valor dado, o valor máximo é mostrado). É presumido que, mesmo quando a temperatura da chama flutua, não há substancialmente nenhum efeito na correlação como no caso em que C/H é 0,15 ou mais.

[0065] Uma vez que os gráficos L2 a L5 são representados por um gráfico convexo na direção para cima, os gráficos L2 a L5 são representados por uma expressão quadrática de consumo de carbono no gás de redução. Por exemplo, os gráficos L2 a L5 são representados pela expressão numérica Y = a2X2 + b2X + c2. Para simplificar o desenho, a FIG. 1 não mostra a curva de uma porção onde InputΔC começa a diminuir. X representa o consumo de carbono no gás de redução, e Y representa InputΔC. Uma vez que as formas dos gráficos L2 a L5 variam dependendo de C/H no gás de redução, pelo menos um dos coeficientes a2, b2, e c2 representa uma função incluindo C/H no gás de redução como uma variável. Consequentemente, quando o consumo de carbono no gás de redução é determinado de modo que InputΔC esteja próximo do valor máximo, a razão do material de redução pode também ser reduzida.

Como descrito acima, a razão porque os gráficos L2 a L5 começam a diminuir a partir do valor máximo é presumida ser que o consumo de carbono no gás de redução é excessivamente alto comparado com a quantidade necessária para redução no forno de modo que o fator de utilização do gás diminua ou ser que, embora a quantidade do gás de redução soprado aumente juntamente com um aumento no consumo de carbono no gás de redução, sob a condição de que a temperatura da chama seja constante, a razão de enriquecimento de oxigênio aumenta juntamente com um aumento na quantidade de gás de redução soprado e a quantidade do gás soprado no alto forno através de um forno de aquecimento diminui de modo que o calor sensível do ar diminua e similares.

[0066] Os gráficos L2 a L5 serão descritos em maiores detalhes. Na faixa de consumo de carbono no gás de redução onde InputΔC não alcança o valor máximo, à medida que C/H diminui, os declives dos gráficos L2 a L5 aumentam. Isto é, um aumento em InputΔC relativa a um aumento unitário no consumo de carbono no gás de redução aumenta. Consequentemente, à medida que C/H no gás de redução diminui, InputΔC pode ser aumentado eficientemente. Mais especificamente, C/H no gás de redução é preferivelmente 0,13 ou menos, mais preferivelmente 0,10 ou menos, e ainda mais preferivelmente 0,05 ou menos. O limite inferior de C/H não é particularmente limitado desde que seja maior que 0.

[0067] Como descrito acima, a correlação está presente entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução. Essa correlação, isto é, a correlação ΔC-gás de redução tende a variar entre o caso em que a razão molar C/H de átomos de carbono para átomos de hidrogênio no gás de redução é 0,15 ou mais e um caso em que C/H é menor que 0,15. Isto é, quando C/H no gás de redução é 0,15 ou mais, a correlação ΔC-gás de redução é determinada unicamente independentemente do tipo de gás de redução (em outras palavras, independentemente de C/H no gás de redução). Por outro lado, quando C/H no gás de redução é menor que 0,15, a correlação ΔC- gás de redução varia dependendo do C/H no gás de redução. Note que, em todos os casos, a correlação entre InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução é representada pelo gráfico convexo na direção para cima (isto é, quando o consumo de carbono no gás de redução é um valor dado, o valor máximo é mostrado).

[0068] Consequentemente, obtendo-se a correlação ΔC-gás de redução por C/H no gás de redução previamente, o consumo de carbono no gás de redução pode ser determinado de modo que InputΔC seja um valor almejado predeterminado ou maior com base na correlação. Em adição, a quantidade de gás de redução soprado no alto forno pode ser ajustada com base no determinado consumo de carbono no gás de redução e a proporção de carbono no gás de redução. Como resultado, InputΔC desejado (isto é, InputΔC que é o valor almejado ou maior) pode ser obtido. Isto é, o efeito de redução da razão de material de redução pode ser obtido, e também a razão do material de redução pode ser reduzida mais seguramente. O método de operação do alto forno de acordo com a modalidade é feito com base nas descobertas descritas acima.

[0069] No exemplo descrito acima, a correlação ΔC-gás de redução é obtida executando-se a simulação de operação do alto forno, mas o método de obter a correlação ΔC-gás de redução não é limitada a isso. Da mesma forma, em uma operação em um forno real (incluindo uma operação real e uma operação de teste) ou uma operação de teste em um alto forno de teste, a correlação ΔC-gás de redução pode ser obtida calculando-se InputΔC enquanto se muda o consumo de carbono no gás de redução.

2. Método de operação de alto forno

[0070] A seguir, será descrito o método de operação do alto forno de acordo com a modalidade. O método de operação do alto forno de acordo com a modalidade inclui os primeiro a terceiro processos descritos abaixo. 2-1. Primeiro processo

[0071] No primeiro processo, a correlação ΔC-gás de redução é obtida por C/H no gás de redução. O método de obtenção da correlação ΔC-gás de redução (método de obtenção) não é particularmente limitado. Por exemplo, a correlação ΔC-gás de redução pode ser obtida executando-se a simulação de operação de alto forno. Como simulação de operação de alto forno, por exemplo, pode ser usado o assim chamado “Blast Furnace Mathematical Model” Kouji TAKATANI, Takanobu INADA, Yutaka UJISAWA, “Three- dimensional Dynamic Simulator for Blast Furnace”, ISIJ International, Vol. 39 (1999), No.1, pgs.15 a 22. Nesse modelo matemático de alto forno, a região interna do alto forno é dividida na direção da altura, na direção radial, e na direção circunferencial para definir uma pluralidade de malhas (pequenas regiões) e o comportamento de cada uma das malhas é simulado. As condições de cálculo da simulação de operação do alto forno não são particularmente limitadas e são preferivelmente determinadas dependendo das condições de operação reais. Por exemplo, a temperatura da chama é preferivelmente 2000°C ou mais. Note que, como descrito acima, mesmo quando a temperatura da chama muda, a correlação ΔC-gás de redução não flutua substancialmente. Executando-se a simulação de operação de alto forno, a correlação ΔC-gás de redução é obtida por C/H. Isto é, é obtido um gráfico mostrando a correlação ΔC-gás de redução. Aqui, como descrito acima, a correlação ΔC-gás de redução tende a variar entre um caso em que C/H no gás de redução é 0,15 ou mais e um caso em que C/H no gás de redução é menor que 0,15. Portanto, é preferível que vários tipos de correlações ΔC-gás de redução de vários casos são obtidas.

[0072] O método para obtenção da correlação ΔC-gás de redução será descrito em maiores detalhes. A simulação de operação do alto forno é executada usando-se vários casos em que C/H no gás de redução e a quantidade de gás de redução soprado (a quantidade soprada por tonelada de ferro fundido) são diferentes entre si. Os casos também incluem a operação base (operação em que o volume do gás de redução foi 0). Aqui, é preferível que as condições de cálculo (condições de operação) sejam ajustadas de modo que a temperatura da chama e a temperatura do ferro fundido sejam tão constantes quanto possível nos casos. Para fazer a temperatura da chama ser constante, pelo menos um entre o volume de ar quente ou a razão de enriquecimento de oxigênio no ar quente pode ser ajustado. Em adição a, ou ao invés de, o ajuste dos fatores descritos acima, pelo menos um entre a razão de coque e a razão do carvão pulverizado devem ser ajustados. Como resultado, InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução são obtidos para cada caso. Incidentalmente, um ponto representando InputΔC e o consumo de carbono no gás de redução de cada um dos casos é plotado, por exemplo, no plano xy mostrado na FIG. 1. Os pontos P1 a P8 são exemplos dos pontos plotados. A seguir, uma curva ajustada de cada uma das plotagens é obtida usando-se um método de aproximação tal como o método dos quadrados mínimos. Essas curvas ajustadas formam um gráfico mostrando a correlação ΔC-gás de redução. Os gráficos L1 a L5 são exemplos do gráfico mostrando a correlação ΔC- gás de redução. 2-2. Segundo processo

[0073] No segundo processo, o consumo de carbono no gás de redução onde InputΔC é um valor objetivado predeterminado ou maior é determinado com base na correlação ΔC-gás de redução obtida no primeiro processo. Isto é, a correlação ΔC-gás de redução correspondente ao C/H no gás de redução a ser realmente utilizado é selecionado, e o consumo de carbono no gás de redução onde InputΔC é um valor almejado predeterminado ou mais é determinado com base na correlação ΔC-gás de redução selecionada. O C/H no gás de redução pode ser obtido, por exemplo, especificando-se a composição do gás de redução usando-se o método de medição descrito acima e obtendo-se C/H com base na composição especificada do gás de redução.

[0074] Aqui, como descrito acima, a correlação ΔC-gás de redução é representada pelo gráfico convexo na direção para cima. Consequentemente, é preferível que o consumo de carbono no gás de redução seja determinado de maneira que InputΔC esteja próximo do valor máximo. Como resultado, a razão do material de redução pode ser também reduzida. Por exemplo, quando C/H no gás de redução a ser realmente usado é 0,15 ou mais, é preferível que o consumo de carbono no gás de redução seja determinado em uma faixa de 21 kg/t- gusa a 107 kg/t-gusa, e é mais preferível que o consumo de carbono no gás de redução seja determinado em uma faixa de 21 kg/t-gusa a 65 kg/t-gusa. A razão para isso é conforme descrito acima. Isto é, determinando-se o consumo de carbono no gás de redução na faixa de 21 kg/t-gusa a 107 kg/t-gusa, InputΔC pode ser feito ser 4,0% ou mais. Além disso, determinando-se o consumo de carbono no gás de redução na faixa de 21 kg/t-gusa a 65 kg/t-gusa, InputΔC pode ser feito ser alto (especificamente 4,0% ou maior) com uma menor quantidade de gás de redução soprada. Além disso, mesmo quando a proporção de carbono no gás de redução é baixa (em particular, quando a proporção de carbono é menor que 0,6 kg/Nm3), a temperatura da chama pode ser mantida estavelmente no valor predeterminado ou maior enquanto se aumenta InputΔC.

[0075] Quando o gás de redução no qual C/H é 0,15 ou mais é usado e o consumo de carbono no gás de redução é maior que 65 kg/t-gusa, como descrito acima, a temperatura da chama tende a diminuir. Portanto, é preferível que elementos da operação incluindo a razão de enriquecimento de oxigênio sejam ajustados de modo que a temperatura da chama seja um valor predeterminado (por exemplo, 2000°C) ou mais. Em adição, na faixa de valor ajustada, InputΔC diminui. Portanto, o consumo de carbono no gás de redução é excessivamente alto comparado com a quantidade necessária para redução no forno de modo que o fator de utilização do gás diminui. Portanto, uma contramedida para melhorar o fator de utilização do gás pode ser tomada. Por exemplo, o material portador de ferro pode ser trocado por materiais que tenham excelente capacidade de redução. 2-3. Terceiro processo

[0076] No terceiro processo, a quantidade de gás de redução soprado no alto forno (por exemplo, a quantidade de gás de redução soprado por tonelada de ferro fundido) é ajustada com base no consumo de carbono no gás de redução determinado no segundo processo e na proporção de carbono no gás de redução. Por exemplo, a quantidade de gás de redução soprado pode ser obtida dividindo-se o consumo de carbono no gás de redução pela proporção de carbono no gás de redução. Soprando-se o gás de redução no alto forno na sua quantidade determinada de sopro, o efeito de redução da razão de material de redução pode ser obtido. As condições de operação diferentes das condições descritas acima podem ser as mesmas que as da técnica relativa.

[0077] Esquematicamente, embora carregando alternadamente os materiais portadores de ferro e o coque em camadas no alto forno a partir do topo do alto forno, o gás de redução é soprado no alto forno juntamente com o jato de ar quente da ventaneira fornecida no alto forno. Os tipos de materiais portadores de ferro e do coque não são particularmente limitados, e os materiais portadores de ferro e o coque que são usados na operação do alto forno na técnica relativa podem também ser adequadamente usados na modalidade. A quantidade do gás de redução é ajustada para o valor determinado no terceiro processo. O gás de redução pode ser, por exemplo, um ou mais selecionados do grupo consistindo em COG, gás natural, gás de topo reformado (BFG), e gás de cidade. O gás de redução pode ser um gás misto dos gases ou gás hidrogênio misto obtido misturando-se gás hidrogênio com os gases (inclusive o gás misto). Em particular, o gás de redução no qual C/H é menor que 0,15 pode ser produzido misturando-se gás hidrogênio com COG ou similar.

[0078] O gás de redução pode ser soprado no alto forno sem ser aquecido mas é preferivelmente soprado no alto forno após ser aquecido. Soprando-se o gás de redução no alto forno após ser aquecido, também a redução na razão de material de redução pode ser esperada. A temperatura de aquecimento é preferivelmente de cerca de 300°C a 350°C.

[0079] A ventaneira para soprar o gás de redução no alto forno (daqui em diante também referida como “ventaneira para gás de redução”) é fornecida, por exemplo, em uma parte de rampa. A ventaneira para gás de redução pode ser fornecida em uma parte de cubo. A ventaneira para gás de redução pode ser fornecida tanto na parte de rampa quanto na parte de cubo. O gás de redução soprado a partir da parte de cubo preferivelmente inclui uma grande quantidade de CO e/ou H2 e é soprado enquanto se gerencia C/H.

[0080] Como na operação do alto forno na técnica relativa, o jato de ar quente é soprado no alto forno. A temperatura do jato de ar quente, a sua composição, a sua quantidade soprada podem, ser as mesmas que aquelas da operação do alto forno na técnica relativa. Por exemplo, o jato de ar quente inclui ar e pode também incluir uma umidade higroscópica e oxigênio enriquecido. O jato de ar quente é soprado no alto forno, por exemplo, a partir da ventaneira fornecida na parte de rampa. A ventaneira para soprar o jato de ar quente no alto forno pode ser comum a ou diferente da ventaneira para gás de redução.

[0081] Como descrito acima, na modalidade, o consumo de carbono no gás de redução onde InputΔC é um valor almejado predeterminado ou maior é determinado com base na correlação ΔC- gás de redução obtida previamente, e a quantidade de gás de redução soprado é determinada com base no consumo de carbono determinado no gás de redução e na proporção de carbono no gás de redução. Consequentemente, InputΔC desejado pode ser realizado relativamente com segurança. Isto é, o efeito de redução da razão do material de redução desejado pode ser obtido, e também a razão de material de redução pode ser reduzida com mais segurança. Como resultado, as emissões de CO2 podem ser reduzidas. Além disso, de acordo com a correlação ΔC-gás de redução, quando o consumo de carbono no gás de redução é um valor dado (esse valor varia dependendo de C/H), InputΔC mostra um valor máximo. Consequentemente, quando o valor ajustado do consumo de carbono no gás de redução é determinado de modo que InputΔC esteja próximo do valor máximo, a razão de material de redução pode também ser reduzida. Além disso, obtendo-se a correlação por C/H, a quantidade do gás de redução soprado pode ser determinada e controlada com base na correlação correspondente ao C/H no gás de redução. Consequentemente, elementos de operação necessários para aumentar InputΔC podem ser adequadamente ajustados e controlados. Exemplos

[0082] A seguir os efeitos de um aspecto da presente invenção serão descritos em maiores detalhes usando-se exemplos. Entretanto, as condições dos exemplos são meramente exemplares para confirmar a operabilidade e os efeitos da presente invenção, e a presente invenção não é limitada a esses exemplos de condições. A presente invenção pode adotar várias condições dentro de uma faixa sem sair do escopo da presente invenção, desde que o objetivo da presente invenção possa ser alcançado sob tais condições.

1. Exemplo 1

[0083] No Exemplo 1, executando-se a simulação de operação de alto forno, foi verificado que, quando C/H foi 0,15 ou mais, a correlação ΔC-gás de redução estava presente.

[0084] Na simulação de operação do alto forno, foi usado o “modelo matemático de alto forno” descrito acima. As condições de cálculo estão mostrados na Tabela 3. Os materiais portadores de ferro foram todos minérios sinterizados. Em adição, a composição dos minérios sinterizados foi T-Fe: 58,5%, FeO: 7,5%, C/S: 1,9%, e Al2O3: 1,7%. Em adição, em relação ao coque, um caso em que um coque tendo uma composição de C: 87,2% e Cinzas: 12,6% foi usado, foi assumido (“%” representa “% em massa” em todos os casos). Tabela 3 Condições de cálculo Produtividade t/d/m3 2,71~2,81 Volume de ar quente Nm3/t-gusa 4~1035 Razão de enriquecimento de oxigênio % 7,6~78,9 Umidade higroscópica de ar g/Nm3 5 Temperatura da chama °C 2175~2225

[0085] No Exemplo 1, executando-se a simulação de operação de alto forno enquanto se muda o tipo de gás de redução (isto é, o valor de C/H) e a quantidade de gás de redução soprado (a quantidade de gás de redução soprado por tonelada de ferro fundido), foi verificado que que a correlação ΔC-gás de redução estava presente.

Como gás de redução, foi usado o COG tendo a composição mostrada na Tabela 1 ou o gás natural tendo a composição mostrada na Tabela 2. O gás de redução foi soprado no alto forno pela ventaneira fornecida na parte de rampa.

O volume de ar quente e a razão de enriquecimento de oxigênio no ar quente foram ajustados de modo que a temperatura fosse tão constante quanto possível (isto é, foi um valor na faixa mostrada na Tabela 3) quando o gás de redução foi soprado.

Note que a razão de enriquecimento de oxigênio foi ajustada de modo que a temperatura da chama fosse 2085°C no Caso 8 e a razão de enriquecimento foi ajustada de modo que a temperatura da chama fosse 2315°C no Caso 9. Além disso, em todos os casos, a razão de coque foi ajustada de modo que a temperatura do ferro fundido fosse constante.

Como condições fixas, a razão de carvão pulverizado foi de 115 kg/t-gusa, e a temperatura do ar quente foi de 1000°C; Os resultados do cálculo estão mostrados na Tabela 4 e na FIG. 1. Tabela 4 Resultados dos cálculos

Tipo de gás Volume do gás Consumo de InputΔC de redução de redução carbono no gás de redução - Nm3/t-gusa kg/t-gusa % Caso 0 Nenhum 0 0 0,0 Caso 1 COG 88 21 4,0 Caso 2 COG 191 46 5,6 Caso 3 COG 244 59 6,1 Caso 4 Gás natural 55 34 4,9 Caso 5 Gás natural 106 65 6,6

Caso 6 Gás natural 141 87 6,2 Caso 7 Gás natural 173 107 4,2 Caso 8 COG 195 46 5,6 Caso 9 COG 193 45 5,4

[0086] Como mostrado na Tabela 4 e na FIG. 1, foi possível ser verificado que a correlação ΔC-gás de redução estava presente. Além disso, foi também verificado que, quando C/H no gás de redução foi 0,15 ou mais, a correlação ΔC-gás de redução foi determinada unicamente independentemente do tipo de gás de redução (em outras palavras, independentemente do C/H no gás de redução). Determinando-se o consumo de carbono no gás de redução onde InputΔC é um valor almejado predeterminado ou maior usando a correlação ΔC-gás de redução e determinando-se a quantidade de gás de redução soprado com base no consumo de carbono determinado no gás de redução, a razão de material de redução pode ser reduzida com mais segurança, e também as emissões de CO2 podem ser reduzidas.

2. Exemplo 2

[0087] No Exemplo 2, executando-se a simulação de operação de alto forno, foi verificado que, quando C/H foi menor que 0,15, a correlação ΔC-gás de redução estava presente.

[0088] Na simulação de operação de alto forno, foi usado o “modelo matemático de alto forno”. As condições de cálculo foram as mesmas que as do Exemplo 1. Em adição, foi assumido que foram usados os mesmos materiais portadores de ferro e o mesmo coque que os do Exemplo 1.

[0089] No Exemplo 2, executando-se a simulação de operação do alto forno enquanto se altera C/H no gás de redução e a quantidade de gás de redução soprado (quantidade de gás de redução soprado por tonelada de ferro fundido), foi verificado que a correlação ΔC-gás de redução estava presente.

Na operação real, C/H no gás de redução pode ser ajustado, por exemplo, misturando-se o COG tendo a composição mostrada na Tabela 1 com gás hidrogênio a uma razão de mistura diferente para cada caso.

O gás de redução foi soprado no alto forno pela ventaneira fornecida na parte de rampa.

O volume de ar quente e a razão de enriquecimento de oxigênio no ar quente foram ajustados de modo que a temperatura da chama fosse tão constante quanto possível (isto é, fosse um valor mostrado na Tabela 3) quando o gás de redução fosse soprado.

Além disso, em todos os casos, a razão de coque foi ajustada de modo que a temperatura do ferro fundido fosse constante.

Como condições fixas, a razão de carvão pulverizado foi de 115 kg/t-gusa, e a temperatura do ar quente foi de 1000°C.

Os resultados dos cálculos estão mostrados na Tabela 5 e na FIG. 1. Tabela 5 Resultados dos cálculos C/H no gás Volume do Consumo de InputΔC de redução gás de carbono no gás de redução redução - Nm3/t-gusa kg/t-gusa % Caso 0 - 0 0 0,0 Caso 1 0,054 99 6,1 5,7 Caso 2 0,054 199 12,1 10,0 Caso 3 0,054 294 17,9 11,8 Caso 4 0,054 396 24,1 11,9 Caso 5 0,097 99 11,1 5,6 Caso 6 0,097 199 22,5 8,3 Caso 7 0,097 292 33,0 10,2 Caso 8 0,097 393 44,4 9,9 Caso 9 0,137 98 16,1 4,2 Caso10 0,137 199 32,9 8,0 Caso 11 0,137 293 48,4 9,2 Caso 12 0,137 340 56,1 9,0 Caso 13 0,02 99 2,6 5,1

Caso 14 0,02 390 10,2 13,7 Caso 15 0,02 473 12,3 13,4

[0090] Como mostrado na Tabela 5 e na FIG. 1, foi possível ser verificado que a correlação ΔC-gás de redução estava presente. Além disso, foi também verificado que, quando C/H no gás de redução foi menor que 0,15, a correlação ΔC-gás de redução variou dependendo do C/H no gás de redução. Consequentemente, a correlação correspondente a C/H no gás de redução é selecionada, e o consumo de carbono no gás de redução onde InputΔC é um valor almejado predeterminado ou maior é determinado usando-se a correlação selecionada. Determinando-se quantidade de gás de redução soprado com base no determinado consumo de carbono no gás de redução, a razão de material de redução pode ser reduzida com mais segurança, e também as emissões de CO2 podem ser reduzidas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de operação de alto forno no qual o gás de redução incluindo átomos de hidrogênio e átomos de carbono é soprado em um alto forno, caracterizado pelo fato de que o método compreende: obter uma correlação entre o consumo de carbono no gás de redução e a redução InputΔC no consumo de carbono específico provocado pelo sopro do gás de redução no alto forno por razão molar C/H de átomos de carbono para átomos de hidrogênio no gás de redução; determinar o consumo de carbono no gás de redução onde a redução InputΔC no consumo de carbono específico é um valor almejado predeterminado ou mais com base na correlação obtida por C/H; e ajustar a quantidade do gás de redução soprado no alto forno com base no consumo de carbono determinado no gás de redução e na proporção no gás de redução.

2. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução é 0,15 ou mais.

3. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a correlação é representada por uma expressão quadrática do consumo de carbono no gás de redução.

4. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a correlação é representada por Y = a1X2 + b1X + c1 (onde X representa o consumo de carbono no gás de redução, Y representa a redução InputΔC no consumo de carbono específico, e todos os coeficientes a1, b1, e c1 representam valores que não dependem da razão molar C/H).

5. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o consumo de carbono no gás de redução é determinado em uma faixa de 21 kg/t-gusa a 107 kg/t-gusa.

6. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o consumo de carbono no gás de redução é determinado em uma faixa de 21 kg/t-gusa a 65 kg/t- gusa.

7. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução é maior que 0 e menor que 0,15.

8. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução é 0,13 ou menos.

9. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a razão molar C/H dos átomos de carbono para os átomos de hidrogênio no gás de redução é 0,10 ou menos.

10. Método de operação de alto forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a correlação é representada por Y = a2X2 + b2X + c2 (onde X representa o consumo de carbono no gás de redução, Y representa a redução InputΔC no consumo de carbono específico, e pelo menos um dos coeficientes a2, b2, e c2 representa uma função incluindo a razão molar C/H como uma variável).

11. Método de operação de alto forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que quando o gás de redução é soprado no alto forno, a temperatura da chama é ajustada para ser 2000°C ou mais.

12. Método de operação de alto forno de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que para ajustar a temperatura da chama para ser 2000°C ou mais, pelo menos um entre o volume de ar quente ou a razão de enriquecimento de oxigênio no ar quente é ajustado.

13. Método de operação de alto forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o gás de redução é selecionado do grupo consistindo em gás de forno de coque, gás natural, gás de topo reformado (BFG), gás de cidade, gás misto do mesmo, e gás misto de hidrogênio obtido misturando-se o gás hidrogênio ao mesmo.