CN103328657A - 高炉操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供可进一步提高燃烧温度并降低还原材料单位消耗量的高炉操作方法。分别向构成三层套管喷枪的内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中单独地各吹入煤粉（PC：固体还原材料）、城市煤气（易燃性还原材料）、O₂（助燃性气体）中的一种，并吹入所有种类，由此，例如，城市煤气和O₂先燃烧，这样，煤粉爆炸性地扩散，同时，通过城市煤气的燃烧热，煤粉的温度大幅上升，使得煤粉的加热速度上升，燃烧温度大幅提高，从而能降低还原材料的单位消耗量。此外，将用于使送风富氧的氧的一部分从三层套管喷枪吹入，由此，能在不破坏高炉内的气体平衡的情况下避免过量地供给O₂，并能降低使用的O₂的单位消耗量。

Description

高炉操作方法

技术领域

本发明涉及一种高炉操作方法，其通过从高炉风口吹入煤粉等固体还原材料和LNG（Liquefied Natural Gas：液化天然气）、城市煤气等易燃性还原材料、升高燃烧温度来提高生产效率并降低还原材料单位消耗量。

背景技术

近年来，由二氧化碳排放量的增加导致的全球变暖成为问题，在炼铁业中，抑制CO₂的排放也是重要的课题。由此，在最近的高炉操作中，低还原材料比（RAR：Reducing Agent Rate的缩写，是指制造1t生铁所需的从风口吹入的还原材料和从炉顶装入的作为固体还原材料的焦炭的合计量）操作受到强力推进。高炉主要使用从炉顶装入的为固体还原材料的焦炭和从风口吹入的为固体还原材料的煤粉作为还原材料，为了实现低还原材料比并进而抑制二氧化碳的排放，将为固体还原材料的焦炭、煤粉等用废塑料、城市煤气、重油等含氢率高的还原材料进行置换的方法是有效的。下述专利文献1提出，将从风口吹入还原材料的喷枪（lance）设为双层套管，从双层套管喷枪的内侧管吹入LNG，从双层套管喷枪的外侧管吹入煤粉。此外，下述专利文献2提出，同样地将从风口吹入还原材料的喷枪设为双层套管，从双层套管喷枪的内侧管吹入煤粉，从双层套管喷枪的外侧管吹入LNG。

专利文献：

专利文献1：日本专利第3176680号公报

专利文献2：日本特公平1-29847号公报

发明内容

上述专利文献1中记载的高炉操作方法、上述专利文献2中记载的高炉操作方法与以往的从风口仅吹入煤粉的方法相比，都在提高燃烧温度和降低还原材料单位消耗量方面有效果，但还有进一步改良的余地。

本发明是着眼于上述问题点而作出的，旨在提供可进一步提高燃烧温度并降低还原材料单位消耗量的高炉操作方法。

为了解决上述课题，本发明的高炉操作方法的特征在于，将用于从风口（tuyere）吹入还原材料的喷枪设为三层套管（triple tube lance），在将该三层套管喷枪的最内侧管的内侧作为内管喷枪、将最内侧管与从内侧起第二个管之间作为中管喷枪、将从内侧起第二个管与最外侧管之间作为外管喷枪的情况下，分别向内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中单独地各吹入固体还原材料、易燃性还原材料、助燃性气体中的一种，并吹入所有种类，从而通过该三层套管喷枪将固体还原材料、易燃性还原材料、助燃性气体吹入到高炉内。

在上述高炉操作方法中，优选从外管喷枪中吹入所述固体还原材料和易燃性还原材料中的任一种。

在上述高炉操作方法中，优选从二个相邻的管中分别吹入所述固体还原材料和助燃性气体。

在上述高炉操作方法中，优选从内管喷枪和中管喷枪中的任一个吹入所述易燃性还原材料和助燃性气体。

此外，在上述高炉操作方法中，优选以下述任何一种方式吹入固体还原材料、易燃性还原材料和助燃性气体。

（A）从外管喷枪吹入所述固体还原材料，从中管喷枪吹入所述助燃性气体，从内管喷枪吹入所述易燃性还原材料。

（B）从外管喷枪吹入所述固体还原材料，从中管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从内管喷枪吹入所述助燃性气体。

（C）从外管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从中管喷枪吹入所述助燃性气体，从内管喷枪吹入所述固体还原材料。

（D）从外管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从中管喷枪吹入所述固体还原材料，从内管喷枪吹入所述助燃性气体。

（E）从外管喷枪吹入所述助燃性气体，从中管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从内管喷枪吹入所述固体还原材料。

（F）从外管喷枪吹入所述助燃性气体，从中管喷枪吹入所述固体还原材料，从内管喷枪吹入所述易燃性还原材料。

此外，在上述高炉操作方法中，相对于从所述三层套管喷枪吹入的总气体量，优选易燃性还原材料或者易燃性还原材料和助燃性气体的比例在25～95体积％以上。

此外，在上述高炉操作方法中，优选从所述内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入的助燃性气体为氧或富氧空气，将用于使送风富氧的氧（加入到送风中的氧）的一部分从该三层套管喷枪的内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入。

此外，在上述高炉操作方法中，优选从所述内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入的助燃性气体为富氧空气，将用于使送风富氧的氧的一部分从所述内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入。

此外，优选所述固体还原材料为煤粉。

此外，相对于1t生铁，优选在50～300kg的范围内吹入所述固体还原材料，更优选在60～180kg的范围内吹入所述固体还原材料。

此外，优选向所述固体还原材料的煤粉中混合废塑料、废弃物固体燃料、有机性资源、废料。

此外，优选在使所述固体还原材料的煤粉的比例在80质量％以上的范围内混合使用废塑料、废弃物固体燃料、有机性资源、废料。

此外，优选所述易燃性还原材料为城市煤气、天然气、丙烷气体、氢、转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气。

此外，相对于1t生铁，优选在1～50kg的范围内吹入所述易燃性还原材料，更优选在10～35kg的范围内吹入所述易燃性还原材料。

此外，优选将从所述三层套管喷枪的外管喷枪吹入的气体的合计流量设为85～800Nm³/h，将该外管喷枪的出口流速设为20～120m/sec。

这样，根据本发明的高炉操作方法，将用于从风口吹入还原材料的喷枪设为三层套管，分别向该三层套管的内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中单独地各吹入固体还原材料、易燃性还原材料、助燃性气体中的一种，并吹入所有种类，从而通过该三层套管喷枪将固体还原材料、易燃性还原材料、助燃性气体吹入到高炉内，由此，例如，易燃性还原材料和助燃性气体会先燃烧，使得固体还原材料爆炸性地扩散，通过易燃性还原材料的燃烧热，固体还原材料的温度大幅上升，由此，固体还原材料的加热速度上升，燃烧温度大幅提高，从而能降低还原材料的单位消耗量。

附图说明

图1是显示应用本发明的高炉操作方法的高炉的一实施方式的纵截面图。

图2是从图1的喷枪仅吹入煤粉时的燃烧状态的说明图。

图3是图2的煤粉的燃烧机制的说明图。

图4是吹入煤粉和城市煤气时的燃烧机制的说明图。

图5是燃烧实验装置的说明图。

图6是燃烧实验结果的说明图。

图7是燃烧实验结果的燃烧温度的说明图。

图8是燃烧实验结果的说明图。

图9是燃烧实验结果的燃烧温度的说明图。

图10是三层套管喷枪的水套的说明图。

图11是显示从三层套管喷枪的外侧管吹入的气体的流量与喷枪表面温度的关系的说明图。

具体实施方式

接着，参考附图，对本发明的高炉操作方法的一实施方式进行说明。

图1是应用本实施方式的高炉操作方法的高炉的整体图。如图所示，高炉（blastfurnace）1的风口（tuyere）3上连接有用于输送热风的送风管（blow pipe）2，并设置有贯穿该送风管2的喷枪4。风口3的热风送风方向前方的焦炭沉积层上存在称作回旋区（raceway）5的燃烧空间，主要在该燃烧空间进行还原材料的燃烧、气化。

图2显示从喷枪4仅以煤粉6作为固体还原材料煤粉而吹入时的燃烧状态。从喷枪4通过风口3而被吹入到回旋区5内的煤粉6与焦炭7一起，其挥发成分（volatilematter）和固定碳燃烧，未燃尽而残留的、通常称作半焦（char）的碳和灰分的集合体作为未燃半焦（unburnt char）8从回旋区排出。由于风口3的热风送风方向前方的热风速度约为200m/sec且从喷枪4的前端起O₂在回旋区5内的存在区域被认为约为0.3～0.5m，因此，需要基本上以1/1000秒的水平改善煤粉粒子的升温及与O₂的接触效率（分散性）。另外，实践中，吹入高炉内的煤粉的平均粒径为10～100μm。

图3显示从喷枪4向送风管2内仅吹入煤粉（图中显示为PC：Pulverized Coal）6时的燃烧机制。从风口3吹入回旋区5内的煤粉6的粒子因来自回旋区5内的火焰的辐射传热而加热，再因辐射传热、传导传热而温度急剧上升，从上升至300℃以上的时间点起开始热分解，挥发成分着火，形成火焰，燃烧温度达到1400～1700℃。当挥发成分释放出来时，就变成上述半焦8。半焦8主要为固定碳，因此，在发生燃烧反应的同时，还会发生称作碳溶解反应的反应。

图4显示从喷枪4将作为易燃性还原材料的城市煤气9与煤粉（图中显示为PC）6一起吹入送风管2内时的燃烧机制。城市煤气9的主要成分为甲烷，另外含有乙烷、丙烷、丁烷等。将城市煤气的组成例子示于下表1。关于煤粉6和城市煤气9的吹入方法，图中显示了单纯地平行吹入的情况。图中，点划线示出图3所示的仅吹入煤粉的情况下的燃烧温度作为参考。这样，在同时吹入煤粉和城市煤气的情况下，气态的城市煤气被认为会优先燃烧，通过该燃烧热，煤粉被迅速加热、升温，由此，在靠近喷枪的位置，燃烧温度进一步上升。

表1

	二氧化碳	氧	氮	合计
					城市煤气A	0	0	0	100.0
城市煤气B	0	0	2.29	100.0
					平均	0.0	0.0	1.15	100.0

基于以上情况，使用图5所示的燃烧实验装置进行了燃烧实验。为了模拟高炉内的状态，在实验炉11内填充了焦炭，可以从观察窗观察回旋区15的内部。送风管12中插入有喷枪14，能以规定的送风量将燃烧器13产生的热风送到实验炉11内。此外，还可以通过该送风管12调节送风的富氧量。喷枪14可将煤粉和城市煤气中的任何一方或双方吹入送风管12内。实验炉11内产生的废气通过称作旋风分离器的分离装置16分离成废气和粉尘，废气被送到助燃炉等废气处理设备中，粉尘则被捕集到捕集箱17中。

在最初的燃烧实验中，作为喷枪14，使用单管喷枪和双层套管喷枪两种，在以下各情况下通过观察窗用双色温度计测定了燃烧温度、燃烧位置、未燃半焦的燃烧状况、扩散性：使用单管喷枪仅吹入煤粉的情况；使用双层套管喷枪，从双层套管喷枪的内侧管吹入煤粉，从双层套管喷枪的外侧管吹入作为易燃性还原材料的城市煤气的情况；从双层套管喷枪的内侧管吹入作为易燃性还原材料的城市煤气，从双层套管喷枪的外侧管吹入煤粉的情况。众所周知，双色温度计是一种利用热辐射（电磁波从高温物体向低温物体移动）进行温度测量的辐射温度计，是着眼于温度升高时波长分布会向短波长侧偏移的现象、通过测定波长分布的温度变化来求出温度的波长分布型仪器之一，具体地，是一种为捕捉波长分布而测量二个波长下的辐射能、由比率而测定温度的温度计。未燃半焦的燃烧状况的判断是通过以下方法进行的：在距实验炉11的送风管12内的喷枪14前端150mm、300mm的位置用探头回收未燃半焦，用树脂包埋、研磨后，通过图像分析，测定半焦内的孔隙率。

煤粉的构成是，固定碳（FC：Fixed Carbon）77.8％，挥发成分（VM：Volatile Matter）13.6％，灰分（Ash）8.6％。吹入条件设为29.8kg/h（相当于每1t生铁100kg）（使用氮作为载气）。此外，城市煤气的吹入条件设为3.6kg/h（5Nm³/h，相当于每1t生铁10kg）。送风条件设为：送风温度1200℃，流量300Nm³/h，流速70m/s，O₂富化+5.5（氧浓度26.5％，即比空气中的氧浓度21％有5.5％的富化）。

实验结果的评价以从单管喷枪仅吹入煤粉（使用N₂作为载气）时的燃烧温度、燃烧位置、未燃半焦的燃烧情况、扩散性（主要是煤粉）为基准，针对从双层管喷枪的内侧管吹入煤粉、从外侧管吹入城市煤气的情况以及从双层管喷枪的内侧管吹入城市煤气、从外侧管吹入煤粉的情况分别作出。评价时，将与仅吹入煤粉时相同程度的情况用△表示，稍有改善的情况用○表示，大幅改善的情况用◎表示。

图6显示上述燃烧实验的结果。煤粉（图中显示为PC）通过载气（使用氮气N₂）被吹入。由该图可知，在从双层管喷枪的内侧管吹入作为固体还原材料的煤粉、从外侧管吹入作为易燃性还原材料的城市煤气的情况下，燃烧位置出现改善，但其他项目未见变化。这被认为是由于煤粉外侧的城市煤气先与O₂接触而迅速燃烧，通过其燃烧热，煤粉的加热速度上升了，但在城市煤气的燃烧中，O₂被消耗，煤粉燃烧所需要的O₂减少，无法实现充分的燃烧温度上升，未燃半焦的燃烧状况也得不到改善。另一方面，在从双层套管喷枪的内侧管吹入城市煤气、从外侧管吹入煤粉的情况下，燃烧温度、未燃半焦的燃烧状况出现改善，扩散性出现大幅改善，但燃烧位置未见变化。这被认为是由于虽然O₂通过外侧的煤粉区域扩散到内侧的城市煤气需要时间，但如果内侧的易燃性的城市煤气燃烧，则会产生爆炸性的扩散，煤粉因城市煤气的燃烧热而被加热，燃烧温度也上升，未燃半焦的燃烧状况也得到了改善。

根据该实验结果，如图7所示，本申请的发明者使用三层套管喷枪作为上述实验炉11的喷枪14，在将三层套管喷枪的最内侧管的内侧作为内管喷枪、将最内侧管与从内侧起第二个管之间作为中管喷枪、将从内侧起第二个管与最外侧管之间作为外管喷枪的情况下，从内管喷枪吹入作为固体还原材料的煤粉，从中管喷枪吹入作为易燃性还原材料的城市煤气，从外管喷枪吹入作为助燃性气体的氧（以下称作O₂），并对城市煤气和O₂的吹入量即氧气过剩系数做各种改变，调查了燃烧温度的变化。

煤粉的构成是，固定碳FC77.2％，挥发成分VM12.2％，灰分Ash10.6％。吹入条件设为50kg/h（相当于每1t生铁142kg）（使用氮作为载气）。此外，将城市煤气的吹入条件设为5Nm³/h，相当于每1t生铁10kg，或者设为10Nm³/h，相当于每1t生铁20kg。送风条件设为：送风温度1200℃，流量350Nm³/h，O₂富化+3.5（氧浓度24.5％）。另外，在吹入作为助燃性气体的O₂的情况下，使用用于使送风富氧的氧的一部分，使吹入炉内的O₂的总量不变。此外，作为助燃性气体，除了O₂以外，还可以使用大气。使用大气时，为了提高助燃效果，优选使用使氧富化了2％以上、优选10％以上的富氧空气。

将实验结果的燃烧温度示于图7。由该图可知，城市煤气和O₂的吹入量越多，燃烧温度越高。这被认为是由于从邻接的管喷枪（tube lance）中吹入城市煤气和O₂，属于气态燃气的城市煤气优先燃烧，通过城市煤气的燃烧热，煤粉的温度迅速地上升，从而也起到了良好的作用。

为此，改变吹入三层套管各喷枪中的吹入物种类，在与上述图6的实验条件相同的条件下，尤其对扩散性、燃烧温度、着火性进行了实验。将实验结果的评价示于图8。将从单管喷枪仅吹入煤粉时的情况作为评价的基准，如上述那样，将与仅吹入煤粉的情况同等程度的情况表示为△，稍有改善的情况表示为○，大幅改善的情况表示为◎。

由该图可知，向外管喷枪吹入作为固体还原材料的煤粉或者作为易燃性还原材料的城市煤气，由此，煤粉或者城市煤气容易暴露在高温下，还原材料的着火性提高。此外，从邻接的管喷枪吹入作为易燃性还原材料的城市煤气和作为助燃性气体的O₂，由此，O₂和城市煤气先燃烧，这样，作为固体还原材料的煤粉的温度大幅上升，使得煤粉的加热速度上升，燃烧温度大幅提高。此外，从内管喷枪和中管喷枪中的任一个吹入作为易燃性还原材料的城市煤气和作为助燃性气体的O₂，由此，城市煤气和O₂先燃烧，这样，作为固体还原材料的煤粉爆炸性地扩散，同时，通过城市煤气的燃烧热，煤粉的温度大幅上升，使得煤粉的加热速度上升，燃烧温度大幅提高。燃烧温度的提高是燃烧量增加的佐证，由于吹入的固体还原材料的燃烧量增加，风口前面的沉积煤粉量（投入炉内的煤粉量）减少，炉内的通气得到改善。如果热平衡合适，通过通气的得到改善的部分，可以相应地减少装入的焦炭（焦炭比），其结果，还原材料单位消耗量降低。

接着，本发明者通过改变作为易燃性还原材料的城市煤气或者城市煤气和作为助燃性气体的O₂相对于从三层套管喷枪4吹入的总气体量的比例，测定了燃烧温度的不同。这是为了确认以下效果：例如，像上述那样，城市煤气先与O₂一起燃烧，通过其燃烧热，煤粉的温度迅速上升。因此，如下表2所示，在实例（case）7～11中，将作为煤粉载气的N₂的流量设为定值15Nm³/h，将城市煤气及O₂的流量作各种改变，测定了与三层套管喷枪前端相距165mm处的燃烧温度及相距315mm处的燃烧温度。除N₂外，还可以使用空气作为载气。

表2

表中显示了城市煤气的流量或者城市煤气和O₂的流量（O₂+城市煤气）以及O₂相对于城市煤气的比率（O₂/城市煤气）。即，在实例7中，既不吹入O₂，也不吹入城市煤气。在实例8中，仅吹入城市煤气5Nm³/h。在实例9中，吹入城市煤气5Nm³/h和O₂10Nm³/h。在实例10中，吹入城市煤气5Nm³/h和O₂20Nm³/h。在实例11中，吹入城市煤气10Nm³/h和O₂20Nm³/h。此外，城市煤气或者城市煤气和O₂相对于从三层套管喷枪吹入的总气体量的比例为：实例7为0体积％；实例8为25体积％；实例9为50体积％；实例10为62.5体积％；实例11为66.7体积％。煤粉的构成和送风条件、以及煤粉、城市煤气、O₂的吹入方法与上述图7的情况相同。将测定结果示于图9。

由该图可知，在从三层套管喷枪吹入的总气体量中的城市煤气的比例或者城市煤气和O₂的比例小于25体积％的区域，随着城市煤气或者城市煤气和O₂相对于总气体量的比例增加，燃烧温度大大增加，由此，在该区域内，难以确保高的燃烧温度。另一方面，在从三层套管喷枪吹入的气体总量中的城市煤气的比例或者城市煤气和O₂的比例在25体积％以上的区域，即使城市煤气或者城市煤气和O₂相对于总气体量的比例增加，由于燃烧温度有呈现饱和的倾向，因此，在该区域内，能确保高的燃烧温度。所以，在本实施方式的高炉操作方法中，相对于从三层套管喷枪吹入的总气体量，使易燃性还原材料的比例或者易燃性还原材料和助燃性气体的比例，即城市煤气的比例或者城市煤气和O₂的比例在25体积％以上，优选使其在50体积％以上。此外，当从三层套管喷枪吹入的气体总量中的城市煤气的比例或者城市煤气和O₂的比例超过95体积％时，燃烧温度出现了饱和的倾向，因此，将其上限设为95体积％以下。此外，虽然以城市煤气作为了易燃性还原材料的例子，但如下表3所示，天然气（LNG）的主要成分也是甲烷，与城市煤气同等，可以使用。

表3

另外，随着上述那样的燃烧温度的上升，三层套管喷枪的外管喷枪容易暴露在高温下。三层套管喷枪由例如不锈钢钢管构成。当然，对三层套管喷枪的外管喷枪施行有称作水套的水冷，但水套并不能覆盖到喷枪前端。图10中显示了三层套管喷枪的水套的状态。

业已发现，在图10所示的尤其是上述水冷无法及于的三层套管喷枪的外管喷枪的前端部会因热而变形。若三层套管喷枪的外管喷枪变形即弯曲时，无法将煤粉、城市煤气或者O₂吹入所希望的部位，也会给作为消耗品的喷枪的更换操作带来障碍。此外，由于弯曲，煤粉流有可能发生变化，撞击风口，这种情况下，存在风口受损的可能。若三层套管喷枪的外管喷枪弯曲，则与中管喷枪的间隙会被阻塞，气体不能从外管喷枪流出，这样，外管喷枪会熔损，视情况，还会有送风管破损的可能性。若喷枪变形或损耗，就不能确保上述燃烧温度，进而，也不能降低还原材料单位消耗量。

要使无法水冷的三层套管喷枪的外侧管冷却，只有通过送入内部的气体进行散热。在使三层套管喷枪的外侧管向在内部流动的气体散热而使其自身冷却时，气体的流量被认为会影响喷枪温度。为此，本发明者对从三层套管喷枪的外侧管吹入的气体的流量做了各种改变，测定了喷枪表面的温度。气体的流量调整通过调整通常在本实施方式中作为惰性气体而加入到从是层套管喷枪的外侧管吹入的城市煤气中的N₂量而进行。另外，也可分别从内管喷枪吹入城市煤气，从中管喷枪吹入O₂。测定结果示于图11。

用称作25A Schedule160的钢管制作了三层套管喷枪的内管喷枪。用称作32ASchedule40的钢管制作了三层套管喷枪的中管喷枪。用称作50A Schedule80的钢管制作了三层套管喷枪的外管喷枪，对作为煤粉载气的N₂的合计流量做了各种改变，测定了喷枪表面的温度。这里，“25A”、“32A”、“50A”是JIS G3459中规定的钢管外径的公称尺寸，25A表示外径为34.0mm，32A表示外径为42.7mm，50A表示外径为60.5mm。此外，“Schedule”是JIS G3459中规定的钢管壁厚的公称尺寸，25ASchedule160为6.4mm，32A Schedule40为3.6mm，50A Schedule80为5.5mm。用钢管制作三层套管喷枪的各管喷枪时，使用具有上述外径、壁厚的钢管的做法是现实的。另外，除不锈钢钢管外，也可以使用普通钢。这种情况下的钢管的外径由JISG3452规定，壁厚由JIS G3454规定。

如该图中用点划线示出的，随着从三层套管喷枪的外管喷枪吹入的气体的合计流量的增加，喷枪表面的温度成反比地降低。如果钢管的尺寸不同，则即使气体合计流量相同，气体的流速也会不同，这样，温度也会不同。在将钢管用于三层套管喷枪时，若三层套管喷枪的表面温度超过880℃，则会发生蠕变变形，三层套管喷枪弯曲。所以，在三层套管喷枪的外管喷枪中使用50A Schedule80的钢管、三层套管喷枪的表面温度在880℃以下的情况下，从外管喷枪吹入的气体的合计流量在85Nm³/h以上，使用该钢管时的三层套管喷枪的外管喷枪的出口流速在20m/sec以上。这样，在将三层套管喷枪的外管喷枪吹入的气体的合计流量设在85Nm³/h以上、三层套管喷枪的外管喷枪的出口流速在20m/sec以上的情况下，三层套管喷枪的外管喷枪的表面温度在880℃以下，三层套管喷枪不会变形、弯曲。另一方面，若从三层套管喷枪的外管喷枪吹入的气体合计流量超过800Nm³/h，或者出口流速超过120m/sec，则从设备的运转成本的角度看是不实用的，因此，将从三层套管喷枪的外管喷枪吹入的气体的合计流量的上限设为800Nm³/h，将出口流速的上限设为120m/sec。即，为了使无法水冷的三层套管喷枪的外管喷枪冷却，通过调整吹入外管喷枪的气体流量、使外管喷枪的出口流速为20～120m/sec而进行冷却。

在这种三层套管喷枪的情况下，调整吹入三层套管喷枪的外管喷枪的气体流量，使单管喷枪的出口流速在20m/sec以上，防止三层套管喷枪的变形（弯曲），相应地，相对于1t生铁，使从三管喷枪吹入的煤粉等固体还原材料为50～300kg。即，由于设备制约，喷枪具有吹入下限，因此，若吹入的还原材料比降低，则需要关闭部分吹入风口等进行应对，其结果，吹入和不吹入还原材料的风口混合存在，在圆周方向上产生偏差，对高炉的稳定操作不利。因此，相对于1t生铁，使固体还原材料在50kg以上。此外，若固体还原材料的吹入还原材料比降低，则在气体和装入物的热交换中，作为被供给热的一方的装入物的比率增加，炉顶气体温度会下降。从防止该炉顶气体的温度处于露点以下的角度考虑，也需要使固体还原材料相对于1t生铁在50kg以上，优选在60kg以上。

此外，从进行低还原材料比操作的角度考虑，由于通气的制约，吹入的还原材料比存在上限，随着吹入的固体还原材料比的增加，从炉顶装入的固体还原材料（焦炭）比减少，通气会因而变得困难，当超过可容许的总压损（送风压－炉顶压）时，即使增加吹入的还原材料，也无法降低还原材料（焦炭）比，影响稳定操作，还有导致不可操作的危险。此外，为了保护炉顶设备，相对于1t生铁，使固体还原材料在300kg以下，优选在180kg以下。

此外，从确保高的燃烧温度的角度考虑，相对于1t生铁，城市煤气、天然气（LNG）等易燃性还原材料需要在1kg以上，为了保护风口和炉顶机器，其上限在50kg以下，优选为10～35kg。

由以上数值进行推算，固体还原材料/易燃性还原材料以质量％计，为1～300，优选为1～180。

此外，从确保在三层套管喷枪中使用的助燃性气体、固体还原材料、易燃性还原材料的燃烧性的角度考虑，使用氧或富氧空气，相对于1t生铁，至少需要1Nm³以上。其上限由制造成本决定，相对于1t生铁，在80Nm³以下。另外，将富氧空气的富氧率设在2％以上，优选在10％以上。

此外，使用的煤粉的平均粒径为10～100μm，但在本发明中，为了确保燃烧性，并考虑到从喷枪的送出及到达喷枪的供给性，优选为20～50μm。煤粉的平均粒径小于20μm时，燃烧性优异，但煤粉输送（气体输送）时喷枪容易堵塞，超过50μm时，有煤粉的燃烧性恶化之虞。

此外，在吹入的固体还原材料中，以煤粉为主，也可以向煤粉中混合废塑料、废弃物固体燃料（RDF）、有机性资源（生物质）、废料进行使用。混合使用时，优选使煤粉相对于全部固体还原材料之比在80质量％以上。即，由于煤粉与废塑料、废弃物固体燃料（RDF）、有机性资源（生物质）、废料等在反应中产生的热量不同，因此，若彼此的使用比率接近，则燃烧容易出现不均匀，操作容易变得不稳定。此外，与煤粉相比，废塑料、废弃物固体燃料（RDF）、有机性资源（生物质）、废料等通过燃烧反应产生的发热量低，因此，若大量吹入，则对从炉顶装入的固体还原材料的代替效率降低，因此，优选使煤粉的比例在80质量％以上。

另外，废塑料、废弃物固体燃料（RDF）、有机性资源（生物质）、废料可以以6mm以下、优选3mm以下的细粒形式与煤粉混合使用。它们可通过与载气运送的煤粉合流而混合。也可预先与煤粉混合后使用。

此外，作为易燃性还原材料，除了城市煤气、天然气以外，还可以使用丙烷气体、氢、炼铁厂产生的转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气。

这样，在本实施方式的高炉操作方法中，将用于从风口3吹入还原材料的喷枪4设为三层套管，分别向该三层套管的内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中单独地各吹入煤粉（固体还原材料）6、城市煤气（易燃性还原材料）9、O₂（助燃性气体）中的一种，并吹入全部种类，由此，例如，城市煤气（易燃性还原材料）9与O₂（助燃性气体）先燃烧，这样，煤粉（固体还原材料）6爆炸性地扩散，同时，通过城市煤气（易燃性还原材料）9的燃烧热，煤粉（固体还原材料）6的温度大幅上升，由此，煤粉（固体还原材料）6的加热速度上升，燃烧温度大幅提高，从而能降低还原材料单位消耗量。

此外，将煤粉（固体还原材料）6和城市煤气（易燃性还原材料）9中的任一种吹入外管喷枪中，由此，煤粉（固体还原材料）6或城市煤气（易燃性还原材料）9容易暴露在高温下，还原材料的着火性提高。

此外，从邻接的管喷枪中吹入城市煤气（易燃性还原材料）9和O₂（助燃性气体），由此，O₂（助燃性气体）和城市煤气（易燃性还原材料）9先燃烧，这样，煤粉（固体还原材料）6的温度大幅上升，由此，煤粉（固体还原材料）6的加热速度上升，燃烧温度大幅提高。

此外，从内管喷枪和中管喷枪中的任一个吹入城市煤气（易燃性还原材料）9和O₂（助燃性气体），由此，城市煤气（易燃性还原材料）9和O₂（助燃性气体）先燃烧，使得煤粉（固体还原材料）6爆炸性地扩散，同时，通过城市煤气（易燃性还原材料）9的燃烧热，煤粉（固体还原材料）6的温度大幅上升，由此，煤粉（固体还原材料）6的加热速度上升，燃烧温度大幅提高。

此外，将城市煤气（易燃性还原材料）9或者城市煤气（易燃性还原材料）9和O₂（助燃性气体）相对于从三层套管喷枪4吹入的总气体量的比例设为25～95体积％，由此，能确保高的燃烧温度。

此外，将用于使送风富氧的氧的一部分作为助燃性气体从三层套管喷枪4中的任一管喷枪吹入，由此，能在不破坏高炉内气体平衡的情况下避免过量地供给氧。

符号说明：

1高炉，2送风管，3风口，4喷枪，5回旋区，6煤粉（固体还原材料），7焦炭，8半焦，9城市煤气（易燃性还原材料）

Claims (22)

1.高炉操作方法，其中，准备用于从风口将还原材料吹入高炉内的三层套管喷枪，

该三层套管喷枪最内侧管的内侧为内管喷枪，最内侧管与从内侧起第二个管之间为中管喷枪，从内侧起第二个管与最外侧管之间为外管喷枪，

分别向该内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中单独吹入选自固体还原材料、易燃性还原材料和助燃性气体中的一种，将所述固体还原材料、易燃性还原材料和助燃性气体均从该三层套管喷枪吹入高炉内。

2.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述固体还原材料和易燃性还原材料中的任一种。

3.根据权利要求1或2所述的高炉操作方法，其特征在于，从二个相邻的管分别吹入所述易燃性还原材料和助燃性气体。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高炉操作方法，其特征在于，从内管喷枪和中管喷枪中的任一个吹入所述易燃性还原材料和助燃性气体。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高炉操作方法，其特征在于，相对于从所述三层套管喷枪吹入的总气体量，易燃性还原材料或易燃性还原材料和助燃性气体的比例在25～95体积％以上。

6.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从所述内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入的助燃性气体为氧或富氧空气，将用于使送风富氧的氧的一部分从该三层套管喷枪的内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入。

7.根据权利要求6所述的高炉操作方法，其特征在于，从所述内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入的助燃性气体为富氧空气，将用于使送风富氧的氧的一部分从所述内管喷枪、中管喷枪、外管喷枪中的任一个吹入。

8.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，所述固体还原材料为煤粉。

9.根据权利要求8所述的高炉操作方法，其特征在于，相对于1吨生铁，在50～300公斤的范围内吹入所述固体还原材料。

10.根据权利要求9所述的高炉操作方法，其特征在于，相对于1吨生铁，在60～180公斤的范围内吹入所述固体还原材料。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的高炉操作方法，将废塑料、废弃物固体燃料、有机性资源、废料混合到所述固体还原材料的煤粉中。

12.根据权利要求11所述的高炉操作方法，其特征在于，在使所述固体还原材料的煤粉的比例在80质量％以上的范围内混合、使用废塑料、废弃物固体燃料、有机性资源、废料。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的高炉操作方法，其特征在于，所述易燃性还原材料为城市煤气、天然气、丙烷气体、氢、转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气。

14.根据权利要求13所述的高炉操作方法，其特征在于，相对于1吨生铁，在1～50公斤的范围内吹入所述易燃性还原材料。

15.根据权利要求14所述的高炉操作方法，其特征在于，相对于1吨生铁，在10～35公斤的范围内吹入所述易燃性还原材料。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的高炉操作方法，其特征在于，使从所述三层套管喷枪的外管喷枪吹入的气体的合计流量为85～800Nm³/h，使该外管喷枪的出口流速为20～120m/sec。

17.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述固体还原材料，从中管喷枪吹入所述助燃性气体，从内管喷枪吹入所述易燃性还原材料。

18.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述固体还原材料，从中管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从内管喷枪吹入所述助燃性气体。

19.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从中管喷枪吹入所述助燃性气体，从内管喷枪吹入所述固体还原材料。

20.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从中管喷枪吹入所述固体还原材料，从内管喷枪吹入所述助燃性气体。

21.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述助燃性气体，从中管喷枪吹入所述易燃性还原材料，从内管喷枪吹入所述固体还原材料。

22.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，从外管喷枪吹入所述助燃性气体，从中管喷枪吹入所述固体还原材料，从内管喷枪吹入所述易燃性还原材料。

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