CN101052730A - 高炉操作方法 - Google Patents

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CN101052730A
CN101052730A CNA2006800011245A CN200680001124A CN101052730A CN 101052730 A CN101052730 A CN 101052730A CN A2006800011245 A CNA2006800011245 A CN A2006800011245A CN 200680001124 A CN200680001124 A CN 200680001124A CN 101052730 A CN101052730 A CN 101052730A
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佐藤道贵
有山达郎
长谷川伸二
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Abstract

本发明提供一种高炉操作方法，通过明确气体还原剂和固体还原剂的喷吹比的适当范围，在固体还原剂和气体还原剂的混合燃烧中改善燃烧性，并且在实际设备中也能够实现。具体地，作为辅助还原剂，从风口喷吹气体还原剂和固体还原剂，将气体还原剂的喷吹比调整为10至80kg/t－p，并且将固体还原剂的喷吹比调整为50至150kg/t－p进行喷吹。

Description

高炉操作方法
技术领域
本发明涉及从高炉风口喷吹粉煤(pulverized coal)和合成树脂材料及以天然气等以甲烷为主要成分的气体还原剂的高炉操作方法。
背景技术
在制造生铁的高炉中作为还原剂使用的焦炭，作为原料必须使用高价的强粘结性煤(焦煤)，另外，因为必须花费建设、运转、及维修其制造设备炼焦炉等费用，所以，一般价格较高。因此，希望降低通过减少高炉中的焦炭用量来降低生铁制造成本。
为了达到上述目的，大量使用比焦炭廉价的粉煤，或使用废弃物中含有的合成树脂材料作为高炉的还原剂。
但是，这些粉煤和合成树脂材料等固体状还原剂(以下称为固体还原剂)存在一般燃烧速度慢，生成的未燃烧碳等未燃烧物作为粉末在高炉内积累，阻碍高炉稳定操作的问题。
因此，提出一种同时喷吹着火和燃烧快的气体还原剂，促进上述固体还原剂燃烧的方案。
例如，在特公平1-29847号公报中，公开了一种将从吹管供给的热风温度调整为810℃以上，与喷吹粉体燃料(近年，投入到高炉中的煤、焦炭类作为铁矿石还原剂发挥作用，因此由“燃料”改称其为“还原剂”，因此称其为固体还原剂)的管平行地配置气体燃料(出于上述的理由，以下称为“气体还原剂”)喷吹管，一边进行固体还原剂和气体还原剂的混合燃烧，一边向高炉内喷吹，由此改善固体还原剂的燃烧性的技术。
在特公平1-29847号公报中，利用气体还原剂的燃烧热，促进固体还原剂升温，可以实现固体还原剂的迅速燃烧(参照特公平1-29847号公报的第2页第4栏第29～33行)，但关于固体还原剂和气体还原剂的喷吹比(喷吹比表示每1吨生铁的还原剂喷吹量，单位以kg/t-p表示)的信息不得不说是不明确的，不知道在怎样的喷吹比时燃烧性能够得以改善。
因此，发明人等从无论固体还原剂和气体还原剂的喷吹比是多少、都可以改善燃烧性的观点出发，由各种实验来验证在特公平1-29847号公报中公开的技术。其结果是明白了无论固体还原剂和气体还原剂的喷吹比是多少，为了改善燃烧性，必须将气体还原剂的燃烧热传递到固体还原剂，因此气体还原剂的燃烧火焰和固体还原剂的接触性是重要的。
并且，为了确保上述接触性，显而易见地，在使用特公平1-29847号公报的实施例中所示的同芯型喷枪(在固体还原剂的喷吹管外周部分配置气体还原剂的喷吹管，气体还原剂的燃烧火焰包入固体还原剂的流线的结构的喷枪)进行喷吹，或分别从不同的喷枪喷吹固体还原剂和气体还原剂时，必须极其小心地调整喷枪的位置、方向以使从各个喷枪喷出的固体流和气体流良好地接触。
但是，因为喷吹枪必须贯穿被称为吹管的高炉送风管而进行设置，因此优选其外径较小，如果喷吹枪的外径大，则必须在送风管上开相应大的孔，对送风管的强度和耐热性造成显著的坏影响。
因此，外径变大的同芯型枪在实验炉等中可以使用，但在24小时连续操作的实际的制造设备中使用有实质性困难。
另外，进行了从多支喷枪分别喷吹固体还原剂和气体还原剂、使其流线接触的实验，但仍然是困难的。即，在实际设备中适当调整喷枪的位置、角度是相当困难的，即使适当调整了，由于热风的流速、固体和气体还原剂的喷出速度等脉动、或由于制造设备的少许振动引起喷枪位置变化，因此流线很难总是保持在接触状态。
并且，如果流线从接触状态偏离，则固体还原剂的燃烧性降低、未燃烧成分大量产生，出现透气性变差和偏流现象(channelingphenomenon)等不理想的影响。
这里所谓的偏流是指还原性气流停止，炉内压力上升，达到一定压力时，还原性气体的上升爆发性地重新开始的现象。这样的情况下，因为与气流的重新开始同时，炉内装入物与气体同时移动，所以，层状堆积的装入物的分布变得凌乱。如果装入物的分布凌乱，则透气性更加恶化，产生氧化铁的还原不良等，因此不仅对高炉操作产生极坏的影响，而且由于压力上升对高炉炉体产生机械损害，高温气体的急剧喷出所产生的对各设备的不良热影响也是问题。
如上所述，在特公平1-29847号公报中，未示出关于固体还原剂和气体还原剂喷吹比的信息，设为怎样的喷吹比对改善燃烧性是有效的尚不明确。
另外，如果想要不依赖固体还原剂和气体还原剂的喷吹比地改善燃烧性，则必须使用特公平1-29847号公报中所示的特殊喷枪，在实际设备中实施是困难的。
本发明是用于解决上述现有技术课题而形成的发明，其目的在于提供一种高炉操作方法，通过明确气体还原剂和固体还原剂的喷吹比的适当范围，在固体还原剂和气体还原剂的混合燃烧中改善燃烧性，并且在实际设备中也能够实现。
发明内容
本发明基于上述固体还原剂和气体还原剂同时喷吹所产生的固体还原剂的燃烧促进机构的解释和基于其的各种实验，是解决上述问题的发明。
(1)本发明的高炉操作方法，作为辅助还原剂，从风口喷吹气体还原剂和固体还原剂，其特征在于，将气体还原剂的喷吹比调整为10至80kg/t-p，并且将固体还原剂的喷吹比调整为50至150kg/t-p进行喷吹。
另外，在这里所说的辅助还原剂是从风口喷吹的还原剂，是气体还原剂和固体还原剂的总称。气体还原剂和固体还原剂在常温常压下分别是气体和固体的物质，作为还原剂从风口喷吹。
(2)另外，在上述(1)中记载的内容中，其特征在于，作为固体还原剂使用粉煤和/或合成树脂材料。
另外，在这里所说的粉煤是从风口喷吹的煤粉，使用的粉煤的粒度一般为75μm以下左右。另外，合成树脂材料在后文定义。
(3)在上述(1)或(2)中记载的内容中，其特征在于，在干燥基元素分析中，使用含有50质量％以上的碳的气体还原剂。
(4)在上述(1)或(2)中记载的内容中，其特征在于，使用以CH4为主要成分的气体还原剂。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的高炉操作方法的实施中所使用的高炉及其周边设备的说明图。
图2是用于完成本发明的实验中所使用的燃烧试验装置的说明图。
图3是表示用于完成本发明的实验中的气体喷吹比和火焰温度的实测结果的图表，同时表示热辐射能的计算值、粉煤的燃烧率(其一)。
图4是表示用于完成本发明的实验中的气体喷吹比和火焰温度的实测结果的图表，同时表示热辐射能的计算值、粉煤的燃烧率(其二)。
图5是表示粉煤比和粉煤燃烧率的关系的图表。
图6是本发明的其它实施方式的固体还原剂喷吹装置。
图7是本发明的其它实施方式的气体还原剂和固体还原剂喷吹装置。
(标号说明)
1高炉、2送风管、3粉煤喷吹枪、4合成树脂材料喷吹枪、5气体还原剂喷吹枪。
具体实施方式
作为固体还原剂的燃烧促进方法，发明人等研讨了不依存于固体还原剂和气体还原剂的流线接触状态的辐射燃烧。其理由是，如果是利用即使不依存于固体还原剂和气体还原剂的流线接触状态也可以促进燃烧的辐射燃烧的燃烧方式，不管是接触燃烧、辐射燃烧，可以改善燃烧一般的燃烧性。
详细情况如下。
一般地，来自黑体面(吸收、发射所有电磁波能量的理想面)的热辐射的能量E，根据斯蒂芬-波尔兹曼法则(Stefan-Boltzmann law)，由常数σ和绝对温度T，以下式1表示。
E＝σ·T4(W/m2)                        ……(式1)
现在，因为考虑气体还原剂的燃烧生成物产生的高温辐射，因此如果将CO2、H2O和N2等混合气体的辐射率设为ε、则能够利用的热辐射能E*，可以用下式2表示。
E*＝ε·σ·T4(W/m2)                    ……(式2)
这样，因为热辐射能与温度的4次方成比例变化，所以，热辐射能受温度的影响非常大。
因此可知，为了利用热辐射能促进固体还原剂的燃烧，控制气体还原剂的火焰温度是重要的。
另外，辐射率ε的值根据温度等而变化，大致来说，CO2是0.06、H2O是0.05左右的值，CO2为稍大值。因此，在特公平1-29847号公报中叙述了因为氢的燃烧速度快，因此氢作为气体还原剂最为有利，但如果考虑到热辐射能，可以说甲烷(CH4)等生成CO2的还原剂有利。
如上所述，因为已知控制气体还原剂的火焰温度是重要的，因此对于在热风气流中的气体还原剂的燃烧火焰温度进行了研讨。以下作为气体还原剂使用了甲烷气体。
在充分混合氧和甲烷后点火、产生燃烧的所谓预混合燃烧中，由于平均地产生燃烧反应，该燃烧温度为接近理论火焰温度(假定为绝热系统，由热焓平衡和物质平衡决定的平均温度)的值，能够由计算求出，但在热风气流中使甲烷从喷枪喷出并燃烧时，成为所谓的扩散燃烧，未必等于理论火焰温度。这里所谓的扩散燃烧是指以下燃烧。从喷枪喷出的气体还原剂流成为以喷枪为顶点的圆锥形。在圆锥内部不存在氧，因而不进行燃烧反应，在圆锥的外周表层部，和热风混合的气体还原剂开始燃烧。此后，火焰向着圆周内部扩散并传播。这称为扩散燃烧。
这样，在热风气流中使甲烷从喷枪喷出并燃烧时，变为扩散燃烧，因此其燃烧温度不会成为单纯的绝热平均温度。因此，实测求出火焰温度。具体如下所示。
使用如在图2中所示的、可以再现实际设备的高炉的一个风口的燃烧试验装置进行火焰温度的实测。送风温度固定在1200℃，送风量设为300Nm3/hr，使甲烷的喷吹比在0～100kg/t-p(单位kg/t-p表示每1吨生铁的气体喷吹量)的范围变化。在距离喷枪前端100mm和200mm的下游，通过辐射温度计从侧面观察窗实测火焰温度。
对于甲烷的喷吹比，由式3所示的换算式，从每小时喷吹量变换为每1吨生铁的喷吹量。
Gas.R＝(V/Vb)×Vg×(Mg/C)                    ……(式3)
其中，
Gas.R：每1吨生铁的甲烷喷吹比(kg-gas/t-p)
V：送风原单位(用于制造1吨生铁必须的送风量)(Nm3-air/t-p)
Vb：每小时送风量(Nm3-air/hr)
Vg：每小时甲烷喷吹量(Nm3-gas/hr)
Mg：甲烷分子量(＝16)(kg-gas/kmol-gas)
C：将甲烷体积变换为摩尔数的系数(＝22.4)(Nm3-gas/kmol-gas)
在图3中表示火焰温度的实测结果。同时在该图中表示热辐射能的计算值、粉煤的燃烧率。热辐射能表示以1200℃时的热辐射能(E*1200)为1时的相对值(E*/E*1200)。粉煤燃烧率通过在气体火焰的燃烧温度测定结束后，以100kg/t-p的喷吹比和喷吹气体混合燃烧，捕集未燃烧粉尘，实际测定其燃烧率。燃烧率的实测方法通过下述参考文献中记载的方法进行测定。
参考文献：Advanced pulverized coal injection technology and blastfurnace operation：Edited by K.Ishii，ELSEVIER 2000、P.68
如图3所示可知，火焰温度随着气体喷吹比的增大而上升，气体喷吹比在18kg/t-p以上时，几乎成为固定值。与此对应地，来自火焰的热辐射能也随着气体喷吹比的增大而增大，但如式1和式2所示，与温度的4次方成比例地增大，因此其倾向极大。接受该热辐射能，能够改善粉煤的燃烧性。
粉煤燃烧率在气体喷吹比是10kg/t-p以上时、几乎成为固定值。粉煤的燃烧先于挥发成分的燃烧而产生，此后固定碳成分燃烧，其中，热供给速率反应可以认为是挥发成分的放出及其燃烧反应，气体喷吹比在10kg/t-p以上时，热辐射能还继续上升，但使粉煤的挥发成分燃烧而供给充分的热量，因此粉煤的燃烧率确定。换言之，可以认为为了使粉煤的燃烧率进一步上升，不是供给热辐射能，而必须想办法使固定碳和氧的接触增大。
无论如何，为了提高粉煤的燃烧性，希望气体喷吹比为10kg/t-p以上。
如果使气体喷吹比增大，则如图4中所示，在75kg/t-p以上时，火焰温度开始下降。这可以认为是如上所述，燃烧只在圆锥状的气体流的表层产生，即使喷吹比增大，该面积也不那么增大，另一方面，通过使气体喷吹比增大，常温的气体作为冷却剂发挥作用。即使燃烧温度下降，燃烧率也能够维持，但在辐射能E*/E*1200下跌到6的气体喷吹比80kg/t-p以上时，粉煤的燃烧率开始下降。
因此，可以得出气体还原剂的喷吹比为10～80kg/t-p是适合范围的结论。
接着，研讨本发明的粉煤等固体还原剂的喷吹比的上下限。对于固体还原剂喷吹比的下限值没有特别重要的限制，但如果粉煤喷吹比是50kg/t-p以下，则如图5所示，单独喷吹粉煤时和气体还原剂与粉煤同时喷吹时的粉煤燃烧率几乎相同。通常，粉煤在常温被喷吹时或根据情况预热后被喷吹，但即使在被预热时，也是煤的热分解温度(大概400℃)以下的温度，与热风(大概1200℃)相比是低温。因此，在粉煤的喷吹比较多时，刚喷吹后的氛围温度由于粉煤而被冷却，大幅度下降，因此粉煤的燃烧显著变慢。因此，通过同时喷吹气体还原剂，气体还原剂燃烧结果产生的热辐射能促进粉煤燃烧。另一方面，可以知道在粉煤喷吹比较少时，只由热风产生的热供给就成为可以引发粉煤着火燃烧的条件。这样，如果粉煤喷吹比是50kg/t-p以下，则可以容易地使粉煤充分燃烧，因而无需应用本发明就可以得到高的燃烧率，因此在减少高价焦炭的同时、能够经济地操作。
另一方面，从后述实施例的实际设备试验的结果可知，固体还原剂喷吹比的上限值是150kg/t-p。在以实际设备实施用于验证本发明的试验时，粉煤喷吹比大于150kg/t-p时、偏流现象就激增。由此可以推断为可以说由本发明将粉煤燃烧率从60质量％提高为70质量％，但在喷吹的粉煤中，依然有30质量％的未燃物进入并积累在高炉内部。
在上述实验中，喷吹的固体还原剂仅以粉煤为对象，但即使混合粉煤和合成树脂材料喷吹也得到了同样的结果。此外，也可以使用微粒化的合成树脂、微粒化木屑等或其混合物。
在本发明中使用的合成树脂是指聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、氯乙烯、聚乙烯醇、赛璐珞(celluloid商标)等以C、H、O为主体的塑料，从推进废弃物的循环再利用的观点，特别优选使用使用后的塑料。
所谓使用后的塑料是指从一般家庭作为垃圾被排出的塑料制品、和在工厂等进行塑料制造、加工时所产生的屑和废品(工业废弃物)等，包含附着或混入塑料以外的异物(金属、纸、其它无机物和有机物)的塑料类物品。作为这中使用后的塑料(废塑料)的具体例子，例如有：塑料瓶、塑料袋、塑料包装材料、塑料膜、塑料盘、塑料杯、磁卡、磁带、IC卡、软质包装容器、印刷基板、印刷片、电线覆盖材料、办公机器或家电制品用机体和框架、装饰合板、管、软管、合成纤维或衣料、塑料成型托盘、聚氨酯材料、包装布、包装带、包装用减震材料、电气部件、玩具、文具、色粉、汽车零件(例如内装件、减震器)、汽车或家电制品等的非回收残渣(shredder dust)、离子交换树脂、合成纸、合成树脂粘合剂、合成树脂涂料、固体燃料(废弃塑料减容物)等，可以将其保持废弃物的原样状态使用，或使用根据需要施加预定处理的塑料。另外，也可以利用这些使用后的塑料和制品塑料的混合物。
另外，在上述实验中，作为气体还原剂使用了甲烷气体，但喷吹液化天然气(LNG)、城市煤气、液化石油气(LPG)、焦煤气(COG)、氢气也得到了同样的结果。可是，考虑来自上述式2中所示的辐射率高的CO2的热辐射，在干燥基元素分析中优选使用含有50质量％以上的碳的甲烷、液化天然气、城市煤气、液化石油气、焦煤气等含碳的还原剂。另外，这些气体在工业上也容易得到。另外，氢气在热辐射方面相比于CO2是不利的，在工业上也难以得到纯粹的氢气。
作为容易得到的气体，例如优选液化天然气和城市煤气，这些气体大多以甲烷作为主要成分(大概是甲烷80体积％以上)。
实施例
图1是本实施方式的高炉操作方法的实施中使用的高炉及其周边设备的概要说明图。
本实施方式所使用的高炉及其周边设备如图1所示，与内容积为3223m3的高炉1的送风管2贯通地设有粉煤喷吹枪3、合成树脂材料喷吹枪4、以及气体还原剂喷吹枪5。
另外，本实施方式使用的粉煤、合成树脂材料、气体还原剂的各分析值如表1所示。另外，表2表示使用的气体还原剂的构成分子分析值。
在以下所述的实施例中，作为实施例在表3和表4中表示在各种喷吹条件下，实施作为辅助还原剂从风口喷吹气体还原剂和固体还原剂的高炉操作方法，将气体还原剂的喷吹比调整为10至80kg/t-p范围，并且固体还原剂的喷吹比调整为50至150kg/t-p范围的多个例子。
另外，表5和表6将气体还原剂的喷吹比和/或固体还原剂的喷吹比设为上述本发明的范围外的例子作为比较例进行表示。
另外，为了稳定地进行高炉操作，风口前端的绝热理论温度稳定为200℃左右的值是重要的，因此根据各送风条件调整了富氧率。此时，使向高炉的供氧量一定(即生铁的生产速度一定)地调整送风量。在富氧率高的实施例中减少送风量。
在这里，由于不喷吹还原剂时的焦炭比是499kg/t、和为了方便将气体还原剂和合成树脂材料的置换率固定为1.0，通过下式4算出粉煤的置换率。严谨地说，置换率根据还原剂的种类不同而不同，但分别分离地计算多种还原剂的置换率是极其困难的。为了方便，固定粉煤以外的置换率，以粉煤的置换率代表多种还原剂的置换率，但如果考虑目的是最终降低合计的还原剂比，则可以认为这样的置换率计算方法作为简便方法是有效的。
粉煤置换率＝(不喷吹辅助还原剂时的焦炭比-气体还原剂喷吹比-合成树脂喷吹比-喷吹辅助还原剂时的焦炭比)/粉煤喷吹比                                    ……(式4)
实施例1表示气体还原剂C(甲烷)比为20kg/t-p、粉煤比为70kg/t-p时的情况。粉煤置换率高达0.71，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例2表示气体还原剂C(甲烷)比为20kg/t-p、粉煤比为70kg/t-p和合成树脂材料比为30kg/t-p时的情况。固体还原剂的喷吹比是100kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤的置换率高达0.70，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例3表示气体还原剂C比为40kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p时的情况。粉煤的置换率高达0.71，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例4表示气体还原剂C比为60kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p和合成树脂材料比为20kg/t-p时的情况。固体还原剂的喷吹比是140kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤的置换率高达0.70，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例5表示气体还原剂A比为20kg/t-p、粉煤比为50kg/t-p时的情况。粉煤置换率高达0.72，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例6表示气体还原剂A比成为20kg/t-p、粉煤比成为70kg/t-p和合成树脂材料比成为30kg/t-p时的情况。固体还原剂的喷吹比是100kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤置换率高达0.73，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例7表示气体还原剂A比为40kg/t-p、粉煤比为100kg/t-p时的情况。粉煤置换率高达0.73，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例8表示气体还原剂A比为60kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p和合成树脂材料比为20kg/t-p时的情况。固体还原剂的喷吹比是140kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤置换率高达0.72，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例9表示气体还原剂B比为50kg/t-p、粉煤比为100kg/t-p和合成树脂材料比为20kg/t-p时的情况。固体还原剂的喷吹比是120kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤置换率高达0.74，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例10表示气体还原剂B比为40kg/t-p、粉煤比为70kg/t-p和合成树脂材料比为40kg/t-p时的情况。作为固体还原剂的喷吹比是110kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤置换率高达0.73，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例11表示气体还原剂A比为10kg/t-p、粉煤比为140kg/t-p时的情况。粉煤置换率高达0.72，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例12表示气体还原剂B比为10kg/t-p、粉煤比为100kg/t-p和合成树脂材料比为40kg/t-p时的情况。固体还原剂的喷吹比是140kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤置换率高达0.73，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例13表示气体还原剂C比为10kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p时的情况。粉煤置换率高达0.73，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
实施例14表示气体还原剂A比为20kg/t-p、气体还原剂B比为20kg/t-p、气体还原剂C比为20kg/t-p、粉煤比为50kg/t-p和合成树脂材料比为30kg/t-p时的情况。气体还原剂的喷吹比是60kg/t-p、固体还原剂的喷吹比是80kg/t-p，处于本发明的范围内，因此粉煤置换率高达0.72，可以说通过喷吹的还原剂，可以有效地减少焦炭。
另一方面，比较例1表示气体还原剂C比为5kg/t-p、粉煤比为100kg/t-p时的情况。气体还原剂比较小，处于本发明的范围外，粉煤的置换率低至0.59，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例2表示气体还原剂C比为30kg/t-p、粉煤比为160kg/t-p时的情况。固体还原剂比过大，处于本发明的范围外，粉煤置换率低至0.53，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例3表示气体还原剂C比为15kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p和合成树脂材料比为40kg/t-p时的情况。固体还原剂比过大，高达160kg/t-p，处于本发明的范围外，粉煤置换率低至0.52，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例4表示气体还原剂C比为100kg/t-p、粉煤比为100kg/t-p时的情况。气体还原剂比过大，处于本发明的范围外，粉煤置换率低至0.53，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例5表示气体还原剂A比为5kg/t-p、粉煤比成为60kg/t-p时的情况。气体还原剂比小，处于本发明的范围外，粉煤置换率低至0.57，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例6表示气体还原剂A比为30kg/t-p、粉煤比为160kg/t-p时的情况。固体还原剂比过大，处于本发明的范围外，粉煤置换率低至0.56，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例7表示气体还原剂A比为20kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p和合成树脂材料比为50kg/t-p时的情况。固体还原剂比为170kg/t-p，处于本发明的范围外，因此粉煤置换率低至0.53，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例8表示气体还原剂A比为100kg/t-p、粉煤比为60kg/t-p时的情况。气体还原剂比过大，处于本发明的范围外，因此粉煤置换率低至0.53，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例9表示气体还原剂B比为5kg/t-p、粉煤比为50kg/t-p时的情况。气体还原剂比小，处于本发明的范围外，粉煤置换率低至0.56，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例10表示气体还原剂B比为90kg/t-p、粉煤比为120kg/t-p和合成树脂材料比成为40kg/t-p时的情况。气体还原剂比为90kg/t-p、固体还原剂比为160kg/t-p，均过大，处于本发明的范围外，因此粉煤置换率低至0.53，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例11表示气体还原剂C比为85kg/t-p、粉煤比为115kg/t-p和合成树脂材料比为40kg/t-p时的情况。气体还原剂比为85kg/t-p、固体还原剂比为155kg/t-p，均过大，处于本发明的范围外，因此粉煤置换率低至0.54，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例12表示气体还原剂C比为5kg/t-p、粉煤比为140kg/t-p和合成树脂材料比为20kg/t-p时的情况。固体还原剂比为160kg/t-p，过大，并且气体还原剂小，处于本发明的范围外，因此粉煤置换率低至0.52，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例13表示气体还原剂B比为10kg/t-p、气体还原剂C比为5kg/t-p、粉煤比为160kg/t-p时的情况。固体还原剂比为160kg/t-p，过大，因此粉煤置换率低至0.51，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
比较例14表示气体还原剂A比为40kg/t-p、气体还原剂B比为40kg/t-p、气体还原剂C比为10kg/t-p、粉煤比为100kg/t-p时的情况。因为气体还原剂比为90kg/t-p，过大，因此粉煤置换率低至0.52，可以说不能通过喷吹的还原剂有效地减少焦炭。
如上所述，本发明的实施例1～14都显示粉煤置换率为0.7以上的高值，可以通过喷吹还原剂有效地减少焦炭。另外，偏流现象一次也没有发生。
另一方面，比较例1～14的粉煤置换率都是0.6以下，无法通过喷吹还原剂有效地减少焦炭。另外，偏流现象多发，达到11次以上。
另外，关于辅助还原剂的喷吹方法，有各种各样的方法，例如，可以考虑将粉煤、合成树脂材料、气体还原剂内的2种或3种由同芯状的多管喷枪同时喷吹的方法(参照图6)，和以单管将2种或3种混合喷吹的方法(参照图7)等多种方法，本发明对该方法没有特别的限定。
这一点在以往技术中，因为必须使气体还原剂和喷吹的固体还原剂接触、促进传热，因此需要特别注意该喷枪的结构和配置。
但是，在本发明中，为了利用由气体还原剂燃烧产生的热辐射，对喷枪的结构和喷吹方法没有特别的限制，因此在实际设备中的实施是容易的。
在本发明中，在从风口喷吹作为辅助还原剂的气体还原剂和固体还原剂的高炉操作方法中，将气体还原剂的喷吹比调整为10至80kg/t-p，并且将固体还原剂的喷吹比调整为50至150kg/t-p进行喷吹，因此无需对固体还原剂和气体还原剂的喷吹比的全部组合进行实验和数值模拟就可以决定最佳喷吹条件，减少高价焦炭的用量，可以降低生铁制造成本。
表1
  元素分析(干燥基、质量％)   工业分析(干燥基、质量％)
  C   H   N   S   O   灰分   挥发成分   固定碳
  粉煤   82.97   4.1   1.83   0.51   3.01   7.6   15.5   76.9
  合成树脂材料   73.3   7.3   0.5   0.0   12.8   2.9   91   6.1
  气体还原剂A(COG)   52.4   24.6   6.5   -   16.5   -   -   -
  气体还原剂B(LPG)   82   18   -   -   -   -   -   -
  气体还原剂C(CH4)   75   25   -   -   -   -   -   -
表2
  组成体积％
  气体还原剂A(COG)   气体还原剂B(LPG)   气体还原剂C(CH4)
  H2   58.4   -   -
  CO   6.4   -   -
  CH4   27.3   -   100
  C2H4   2.6   -   -
  C2H6   0.8   -   -
  C3H6   0.3   -   -
  C3H8   -   82.3   -
  C4H10   -   17.7   -
  CO2   1.9   -   -
  N2   2.3   -   -
表3
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7
  内容积   m3   3223   3223   3223   3223   3223   3223   3223
  送风   出生铁量   t/d   6845   6820   6830   6780   6845   6890   6899
  送风量   Nm3/分钟   4762   4166   3448   2864   4148   3745   3615
  富氧率   体积％   0   3   8   18   3.3   5.8   6.8
  风口前端温度   ℃   2002   2005   2003   2004   2002   2005   2003
  还原剂   焦炭比   kg/t-p   429   400   374   335   443   398   386
  粉煤比   kg/t-p   70   70   120   120   50   70   100
  合成树脂材料比   kg/t-p   0   30   0   20   0   30   0
  气体还原剂A比   kg/t-p   0   0   0   0   20   20   40
  气体还原剂B比   kg/t-p   0   0   0   0   0   0   0
  气体还原剂C比   kg/t-p   20   20   40   60   0   0   0
  还原剂比   kg/t-p   519   520   534   535   513   518   526
  偏流次数   次/日   0   0   0   0   0   0   0
  置换率   粉煤置换率   (-)   0.71   0.70   0.71   0.70   0.72   0.73   0.73
表4
  实施例8   实施例9   实施例10   实施例11   实施例12   实施例13   实施例14
  内容积   m3   3223   3223   3223   3223   3223   3223   3223
  送风   出生铁量   t/d   6916   6910   6876   6869   6899   6921   6930
  送风量   Nm3/分钟   3250   3412   3478   3612   3551   3762   3542
  富氧率   体积％   10   8.5   7.8   6.7   7.3   5.8   7.5
  风口前端温度   ℃   2004   2003   2004   2006   2000   2004   2001
  还原剂   焦炭比   kg/t-p   333   355   368   388   376   402   373
  粉煤比   kg/t-p   120   100   70   140   100   120   50
  合成树脂材料比   kg/t-p   20   20   40   0   40   0   30
  气体还原剂A比   kg/t-p   60   0   0   10   0   0   20
  气体还原剂B比   kg/t-p   0   50   40   0   10   0   20
  气体还原剂C比   kg/t-p   0   0   0   0   0   10   20
  还原剂比   kg/t-p   533   525   518   538   526   532   513
  偏流次数   次/日   0   0   0   0   0   0   0
  置换率   粉煤置换率   (-)   0.72   0.74   0.73   0.72   0.73   0.73   0.72
表5
  比较例1   比较例2   比较例3   比较例4   比较例5   比较例6   比较例7
  内容积   m3   3223   3223   3223   3223   3223   3223   3223
  送风   出生铁量   t/d   6760   6680   6810   6840   6620   6746   6850
  送风量   Nm3/分钟   4830   3381   2825   2512   4035   3320   3326
  富氧率   体积％   0   9   15   20   2.9   8.6   9
  风口前端温度   ℃   2005   2001   2004   2002   2002   2004   2004
  还原剂   焦炭比   kg/t-p   435   385   382   346   460   380   365
  粉煤比   kg/t-p   100   160   120   100   60   160   120
  合成树脂材料比   kg/t-p   0   0   40   0   0   0   50
  气体还原剂A比   kg/t-p   0   0   0   0   5   30   20
  气体还原剂B比   kg/t-p   0   0   0   0   0   0   0
  气体还原剂C比   kg/t-p   5   30   15   100   0   0   0
  还原剂比   kg/t-p   540   575   557   546   525   570   555
  偏流次数   次/日   12   11   14   13   12   11   14
  置换率   粉煤置换率   (-)   0.59   0.53   0.52   0.53   0.57   0.56   0.53
表6
  比较例8   比较例9   比较例10   比较例11   比较例12   比较例13   比较例14
  内容积   m3   3223   3223   3223   3223   3223   3223   3223
  送风   出生铁量   t/d   6701   6432   6753   6829   6683   6619   6479
  送风量   Nm3/分钟   3366   3987   2963   2943   3428   3348   3125
  富氧率   体积％   8   2.5   12.2   12.8   7.4   7.8   9.2
  风口前端温度   ℃   2002   2004   2002   2004   2001   2003   2002
  还原剂   焦炭比   kg/t-p   367   466   305   312   401   402   357
  粉煤比   kg/t-p   60   50   120   115   140   160   100
  合成树脂材料比   kg/t-p   0   0   40   40   20   0   0
  气体还原剂A比   kg/t-p   100   0   0   0   0   0   40
  气体还原剂B比   kg/t-p   0   5   90   0   0   10   40
  气体还原剂C比   kg/t-p   0   0   0   85   5   5   10
  还原剂比   kg/t-p   527   521   555   552   566   577   547
  偏流次数   次/日   13   15   13   12   14   13   15
  置换率   粉煤置换率   (-)   0.53   0.56   0.53   0.54   0.52   0.51   0.52

Claims (4)

1.一种高炉操作方法，作为辅助还原剂，从风口喷吹气体还原剂和固体还原剂，其特征在于，
将气体还原剂的喷吹比调整为10至80kg/t-p，并且将固体还原剂的喷吹比调整为50至150kg/t-p进行喷吹。
2.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，作为固体还原剂使用粉煤和/或合成树脂材料。
3.根据权利要求1或2所述的高炉操作方法，其特征在于，在干燥基元素分析中，使用含有50质量％以上的碳的气体还原剂。
4.根据权利要求1或2所述的高炉操作方法，其特征在于，使用以CH4为主要成分的气体还原剂。
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