CN102471809A - 高炉操作方法 - Google Patents

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Abstract

在高炉内形成焦炭层和矿石层。焦炭层由焦炉焦炭形成，所述矿石层由铁焦、焦炉焦炭、矿石形成。在所述矿石层中焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为0.5质量％以上。能够抑制熔敷层内的铁焦的气体化反应的停滞。

Description

高炉操作方法
技术领域
本发明涉及使用对煤和铁矿石的混合物进行成型、干馏而制造的铁焦时的高炉操作方法。
背景技术
为了降低高炉的还原材料比，有效的方法是作为高炉原料使用铁焦，利用使用铁焦导致的高炉的热保存带温度降低效果的方法(例如，参照专利文献1)。混合煤和铁矿石而干馏成型的成型物来制造的铁焦由于高反应性而促进烧结矿的还原，并且，由于含有一部分被还原的铁矿石，所以能够降低高炉的热保存带温度，能够降低还原材料比。
作为使用铁焦的高炉操作方法，如专利文献1所公开，可列举混合矿石和铁焦而装入到高炉内的方法。
铁焦与目前利用焦炭炉等干馏煤而制造的冶金用焦炭(以下，为了与铁焦区别而记为“焦炉焦炭”)相比，其特征为与下述式(a)所示的CO2气体的反应性高。下述式(a)的反应可以说是使以下述式(b)所示的矿石的还原生成的CO2再生为具有还原力的CO气体的反应。
CO2+C→2CO…(a)
FeO+CO→Fe+CO2…(b)
因此，在引起上述式(b)的反应的区域，只要快速引起上述式(a)的反应，则就可以通过连锁地引起两反应而促进矿石的还原。
在高炉内，起因于上述式(b)的CO2存在的区域与矿石未被CO气体完全还原的状态、即未还原矿石存在的区域对应。
另一方面，公知的是以烧结矿为主体的矿石类在高炉上部为粒子彼此独立的状态，但是，随着还原的进行而软化/变形了的矿石彼此熔敷，形成所谓熔敷层(例如，参照非专利文献1)。熔敷层因软化/变形了的矿石彼此熔敷而空隙变少，气体的通气性阻力大(例如，参照非专利文献2)。该意思是还原气体难以侵入熔敷层内。另外，根据非专利文献1可知，熔敷层的烧结矿的还原率为65～70％左右，还原未结束。在熔敷层还原未结束的矿石在FeO浓度高的状态下溶融/滴下，产生基于下述式(c)所示的固体碳的还原。
FeO+C→Fe+CO…(c)
该反应为吸热反应，因此，上述式(c)的反应量的降低有助于还原材料比降低，并且，抑制高炉下部的炉热变动，有助于稳定操作。
专利文献：
专利文献1：日本特开2006-28594号公报
非专利文献：
非专利文献1：日本钢铁协会「铁和钢」62、1976年、p.559-569
非专利文献2：日本钢铁协会「铁和钢」64、1978年、S548
非专利文献3：日本钢铁协会「铁和钢」92、2006年、p.901-910
发明内容
在高炉操作中使用铁焦时，在将铁焦和矿石混合使用的情况下，在形成熔敷层的温度区域在熔敷层内存在铁焦。如前述，在熔敷层的矿石的还原未结束的情况下，存在熔敷层内的铁焦的气体化反应停滞的问题。
为了显现铁焦具有的高反应性的特性、即在熔敷层内也使CO2气体向CO气体快速的变换，存在向熔敷层导入CO气体并使未还原矿石进行还原而发生CO2的需要。
因此，本发明的目的在于解决这种现有技术的课题，提供一种使用了铁焦的高炉操作方法，在将铁焦与矿石混合而在高炉中使用时，能够抑制熔敷层内的铁焦的气体化反应的停滞。
用于解决该课题的本发明的特征如下所述。
(1)一种使用了铁焦的高炉操作方法，在高炉内形成焦炭层和矿石层而进行操作，其特征在于，
利用焦炉焦炭形成所述焦炭层，
通过铁焦、焦炉焦炭、矿石形成所述矿石层。
(2)如(1)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为0.5质量％以上。
(3)如(2)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为0.5～6质量％。
(4)如(3)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为2～5质量％。
(5)如(1)～(4)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述铁焦相对于所述矿石的混合比率为1质量％以上。
(6)如(1)～(5)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭和所述铁焦的总计相对于所述矿石的混合比率为1.5～20质量％。
(7)如(6)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭和所述铁焦的总计相对于所述矿石的混合比率为1.5～15质量％。
(8)如(1)～(7)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述铁焦的铁成分含量为5～40质量％。
(9)如(8)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述铁焦的铁成分含量为10～40质量％。
(10)如(1)～(9)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭具有5～100mm的粒径。
(11)如(10)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭具有超过20mm且100mm以下的粒径。
(12)如(11)所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层中的所述焦炉焦炭具有超过36mm且100mm以下的粒径。
(13)如(1)～(12)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层和所述焦炭层交替形成。
(14)如(1)～(13)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层为在矿石中混合了铁焦和焦炉焦炭而成的矿石层。
(15)如(1)～(14)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层通过向高炉内装入预先混合了的铁焦、焦炉焦炭和矿石的混合物而形成。
(16)如(1)～(15)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层通过一边混合铁焦、焦炉焦炭、矿石一边装入到高炉内来形成。
(17)如(1)～(16)中任一项所述的使用了铁焦的高炉操作方法，其特征在于，所述矿石层由以两批次装入的第一矿石层和第二矿石层构成，在所述第一矿石层及所述第二矿石层中均混合有铁焦、焦炉焦炭和矿石。
发明效果
根据本发明，提供一种高炉操作方法，在熔敷层中，通过焦炉焦炭混合确保矿石层内的空隙且改善通气性，CO气体容易侵入，由此，经由铁焦的气化反应促进矿石的还原，由此能够降低还原材料比。
附图说明
图1是高炉的纵剖面的概略图(本发明例)；
图2是高炉的纵剖面的概略图(比较例)；
图3是高炉的纵剖面的概略图(比较例)；
图4是表示载荷软化试验结果的曲线图；
图5是表示载荷软化试验结果的曲线图；
图6是表示矿石层中的焦炉焦炭和铁焦的混合量与烧结矿还原率的关系的曲线图；
图7是表示矿石层中的焦炉焦炭和铁焦的混合范围的曲线图；
图8是表示铁焦中的铁成分含量和反应开始温度的关系的曲线图。
具体实施方式
在通常的高炉操作中，公知有从炉顶部交替地装入矿石和焦炉焦炭，并在高炉内交替地层叠矿石层和焦炉焦炭层而形成，以高炉操作的改善为目的，将焦炉焦炭与矿石混合使用的技术(例如，参照非专利文献3)。在非专利文献3中，记载有基于可评价矿石的熔敷举动的载荷软化试验，焦炉焦炭向矿石层混合产生熔敷层的通气改善效果。在本发明中，所谓矿石是指由铁矿石制造的烧结矿、块状的铁矿石、条形团矿等装入高炉的含铁原料的一种或二种以上的混合物的总称。作为在高炉内层叠的矿石层，有时除了矿石之外还包括用于矿渣成分调整的石灰石等副原料。
与之相对，本发明人使用同种载荷软化装置研究了将铁焦与烧结矿混合时的通气性，并与焦炉焦炭混合的情况进行了比较。图4表示试验结果。对于烧结矿混合了5质量％的焦炭(考虑了铁焦为焦炭量含有率为70质量％的情况。)。在该试验中，在烧结矿成为熔敷状态时气体的压力损失(ΔP)增大，但是，其结果为，焦炉焦炭混合的这一方比铁焦混合的压力损失低，熔敷层的通气改善效果大。因此，为了改善熔敷层的通气，与铁焦相比在矿石中混合焦炉焦炭这一方有效果。
根据以上见解反复研究的结果发现，通过和铁焦一并将焦炉焦炭与矿石混合，能够促进CO气体向熔敷层的导入，通过促进先前所示的未还原矿石的还原和铁焦的气体化之类的连锁反应，能够提高矿石的还原性，由此完成了本发明。即，本发明为在将铁焦和焦炉焦炭在同一矿石层中混合的状态下装入到高炉的高炉操作方法。所谓铁焦和焦炉焦炭在同一矿石层中混合的状态，是指在矿石层中的整体中铁焦和焦炉焦炭分散存在的状态，在矿石层是以多个装入批次构成的情况下，不包括在某装入批次中仅铁焦与矿石混合而在其它的装入批次中仅焦炉焦炭与矿石混合的情况。
为了将铁焦和焦炉焦炭以在同一矿石层中混合的状态装入到高炉，可以使用如下方法，即使用炉顶的装入装置将预先混合了的铁焦、焦炉焦炭和矿石装入炉内的方法、一边混合铁焦、焦炉焦炭、矿石一边装入到炉内等的方法。
在向高炉装入原料时，优选交替层叠由焦炉焦炭构成的焦炭层、和将铁焦与焦炉焦炭混合而成的矿石层。
与矿石层混合的焦炉焦炭优选相对于矿石为0.5质量％以上。图5表示上述的载荷软化试验的最大压力损失值(相对值)和矿石层中的焦炉焦炭混合量的关系。根据图5，随着焦炉焦炭混合量的增加，最大压力损失降低，但是，即使以0.5质量％混合，相对于不混合的情况(基准)也具有30％左右的压力损失降低效果，可知作为焦炉焦炭的混合量在0.5质量％以上具有充分的效果。另外，认为在焦炉焦炭混合量为5质量％以上时压力损失降低效果饱和，焦炉焦炭混合量优选6质量％以下，更优选5质量％以下。另外，可知这些倾向与焦炭粒径无关而是同样的。
另一方面，铁焦只要以与上述的焦炉焦炭混合条件同样的条件混合到矿石中即可，但是，发现少量时通过上述式(a)的反应使矿石层内的CO2再生为CO的效果的部位受到限定。另外，在矿石中混合的焦炉焦炭和铁焦的总计量变多时，在实际炉中，在装入炉内后在矿石层中混合的双方的焦炭不均匀，可能不能充分地发现CO气体再生效果。即，焦炉焦炭和铁焦相邻的机会变多，从矿石还原来的CO2从产生部位离开。图6表示作为矿石在烧结矿500g中混合焦炉焦炭及铁焦并在900℃、CO∶N2＝0.3∶0.7(质量比)的气氛中反应3小时的结果。焦炉焦炭的混合量设定为6质量％。在图6中，曲线图的各点添加的字符为铁焦单独的混合量(质量％)。根据图6，在矿石中混合的铁焦混合量为1.0质量％以上时烧结矿存在还原率上升效果，在焦炉焦炭和铁焦的总计量相对于矿石为15质量％左右时，还原率的增加率开始降低，在20质量％左右时其上升效果饱和。因此，认为焦炉焦炭和铁焦的总计量优选相对于矿石为20质量％以下，更优选15质量％以下。
整理以上的混合条件，如图7所示。在图7中，用斜线表示的范围为矿石层中特别优选的焦炉焦炭及铁焦的混合范围。
另外，关于铁焦的性状，铁焦中的铁成分较少时与CO2气体的反应性不高，另外，在铁成分较多时，因为铁焦的强度降低，因此作为高炉装入物不适合。图8表示铁焦的铁成分含量和使铁焦在CO2-CO混合气体中反应时的反应开始温度的关系。根据图8发现如下效果，即随着铁焦中的铁成分含量增加，反应性提高且反应开始温度降低，但是，从铁成分含量为5质量％开始发现较大的效果，在40质量％以上时效果饱和，因此，可以说为优选5～40质量％的铁成分含量。因此，铁焦中的铁成分含量优选5～40质量％，更优选10～40质量％。
通过在矿石层中混合焦炉焦炭，改善矿石层的通气性。通过将矿石层中混合的焦炉焦炭的粒径设定为5mm以上，能够改善通气性。另一方面，在矿石层中混合的焦炉焦炭的粒径变得过大时，在将焦炉焦炭的混合质量设定为一定的情况下，随着粒径的增加而混合的焦炉焦炭的个数减少，在矿石层中成为焦炉焦炭不均匀的倾向，因此，优选粒径设为100mm以下。因此，优选矿石层中混合的焦炉焦炭的粒径为5～100mm，但是，为了充分改善通气性，优选焦炉焦炭具有超过20mm且100mm以下的粒径。更优选将焦炉焦炭的粒径设为超过36mm且100mm以下。
实施例
进行应用了本发明方法的高炉操作试验。使用的铁焦为通过如下方式制造的，即在将煤和矿石的混合物利用成型机成型后，装入立式燃烧炉，进行干馏而制造得到。上述铁焦的尺寸为30×25×18mm的印盒型。另外，铁焦中的铁成分设为30质量％。
向高炉的原料装入首先形成仅有焦炉焦炭的焦炭层，混合了焦炭(铁焦及/或焦炉焦炭)的矿石层分为2批次装入。作为矿石层，进行了3种类的装入(试验No.1～3)。
试验No.1为本发明的操作方法，矿石层为2批次，将铁焦和焦炉焦炭在同一矿石批次混合。图1表示该情况的装入物堆积状态。
试验No.2为用于进行比较的操作方法，为在第1批次中混合装入焦炉焦炭和矿石，在第2批次混合装入铁焦和矿石的情况，作为矿石层整体看时为混合焦炉焦炭和铁焦，但是，焦炉焦炭和铁焦作为另外的矿石批次进行混合。图2表示该情况下的装入物堆积状态。
试验No.3也是用于比较的操作方法，不使用铁焦，是成为基准的操作。矿石层为2批次，混合装入焦炉焦炭和矿石。图3表示该情况下的装入物堆积状态。
图1～3是高炉的纵剖面的概略图，图左端为炉中心，炉壁5位于右侧。
表1表示各试验的试验条件、高炉还原材料比、直接还原率的比较。与矿石混合的焦炉焦炭的粒径以如下的6条件(A～F)进行变更。A：5～20mm、B：5～36mm、C：超过20mm且36mm以下、D：5～100mm、E：超过20mm且100mm以下、F：超过36mm且100mm以下。
在此，仅焦炉焦炭的层用粒径36～100mm的焦炭构成，条件A、B、C为仅混合比仅形成焦炉焦炭的层的焦炭粒径小的焦炭的情况，D、E为在仅形成焦炉焦炭的层的焦炭中添加比其粒径小的焦炭的情况，F为混合有与仅形成焦炉焦炭的层的焦炭同质的物质的情况。
表1
Figure BDA0000134795210000101
表1中的“非混合焦炉焦炭”表示未与矿石混合而装入高炉的焦炉焦炭(焦炭层的焦炭)，“混合焦炉焦炭”表示与矿石混合的焦炉焦炭。试验No.1、2与未使用铁焦的试验No.3相比，焦炉焦炭比均降低，但是，将铁焦和混合焦炉焦炭在同一矿石批次混合的试验No.1这一方，焦炉焦炭比的降低量大。这是因为，如表1所示的直接还原率(根据高炉的物质平衡算出的用上述式(c)表示的反应相对于全还原量的比率)所示，试验No.1这一方比试验No.2的直接还原率低，即有促进矿石的气体还原的结果。
另外，本发明例的试验No.1的矿石原单位为1562kg/t-p，混合焦炉焦炭原单位为33kg/t-p，相对于矿石的焦炉焦炭的混合量为2.1质量％。铁焦原单位为101kg/t-p，相对于矿石的混合量为6.5质量％，与矿石混合的焦炉焦炭和铁焦的总计为8.6质量％。在此，kg/t-p为每吨铁水的kg的意思。
另外，以6标准(条件A～E)变更矿石层中混合的焦炉焦炭的粒径，但是，在各条件中对于直接还原率而言没有大的差别。认为这是因为发现了熔敷层的通气改善效果与矿石层中混合的焦炉焦炭的粒径无关。另一方面，在矿石层中混合的焦炉焦炭的粒径越大的条件下，通气变动越小。推测这是因为矿石层消失的熔敷层的下方的滴下带、炉床的焦炭粒径在与矿石层混合的焦炉焦炭的粒径越大的条件下越大，炉下部的气体流动、铁水/矿渣流动稳定化。
标号说明：
1、由焦炉焦炭构成的焦炭层
2、由铁焦+焦炉焦炭+矿石构成的矿石层
3、由焦炉焦炭+矿石构成的矿石层
4、由铁焦+矿石构成的矿石层
5、高炉炉壁
6、铁焦
7、焦炉焦炭

Claims (17)

1.一种高炉操作方法，在高炉内形成焦炭层和矿石层而进行操作，其特征在于，
利用焦炉焦炭形成所述焦炭层，
通过铁焦、焦炉焦炭、矿石形成所述矿石层。
2.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为0.5质量％以上。
3.如权利要求2所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为0.5～6质量％。
4.如权利要求3所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的焦炉焦炭相对于所述矿石的混合比率为2～5质量％。
5.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的铁焦相对于所述矿石的混合比率为1质量％以上。
6.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的所述焦炉焦炭和所述铁焦的总计相对于所述矿石的混合比率为1.5～20质量％。
7.如权利要求6所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的所述焦炉焦炭和所述铁焦的总计相对于所述矿石的混合比率为1.5～15质量％。
8.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述铁焦具有5～40％的铁成分含量。
9.如权利要求8所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述铁焦具有10～40％的铁成分含量。
10.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的所述焦炉焦炭具有5～100mm的粒径。
11.如权利要求10所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的所述焦炉焦炭具有超过20mm且100mm以下的粒径。
12.如权利要求11所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层中的所述焦炉焦炭具有超过36mm且100mm以下的粒径。
13.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层和所述焦炭层交替形成。
14.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层为在矿石中混合了铁焦和焦炉焦炭而成的矿石层。
15.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层通过向高炉内装入预先混合了的铁焦、焦炉焦炭和矿石的混合物而形成。
16.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层通过一边混合铁焦、焦炉焦炭、矿石一边装入到高炉内来形成。
17.如权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述矿石层由以两批次装入的第一矿石层和第二矿石层构成，在所述第一矿石层及所述第二矿石层中均混合有铁焦、焦炉焦炭和矿石。
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