CN104302785A - 向高炉装入原料的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明，能够提供向高炉装入原料的方法，该方法是将焦炭分级为块焦和小块焦并填充到炉顶料仓，进而，将矿石类原料分级为大粒径矿石类原料和小粒径矿石类原料并填充到炉顶料仓，然后，排出该块焦时同时运出该大粒径矿石类原料，排出该小块焦时同时运出该小粒径矿石类原料，从而即便混合大量焦炭时，也能够确保高炉内的通气性，实现高炉操作的稳定化和热效率的提高。

Description

向高炉装入原料的方法

技术领域

本发明涉及用旋转溜槽进行向炉内的原料装入的向高炉装入原料的方法。

背景技术

一般而言，将烧结矿、颗粒、块状矿石等矿石类原料和焦炭从炉顶层状地装入高炉，从风口流过燃烧气体，得到铣铁。作为被装入的高炉装入原料的焦炭和矿石类原料从炉顶向炉下部下降，引起矿石的还原和原料的升温。就矿石类原料层而言，因升温与来自上方的荷重而导致在填埋矿石类原料间的空隙的同时缓缓变形，在高炉的轴部的下方通气阻力非常大而形成气体几乎不流动的熔合层。

以往，向高炉的原料装入是将矿石类原料和焦炭交替装入，在炉内矿石类原料层和焦炭层交替成为层状。另外，在高炉内下部存在被称为熔合带的矿石软化熔合了的通气阻力大的矿石类原料层和来自焦炭的通气阻力比较小的焦炭狭缝(cokes slit)。

该熔合带的通气性对高炉整体的通气性造成很大影响，对高炉的生产率进行速度控制。

为了改善熔合带的通气阻力，已知在矿石类原料层中混合焦炭的方法是有效的，为了得到适当的混合状态，报告了大量的研究。

例如，专利文献1中，无料钟高炉中，向矿石料斗中下游侧的矿石料斗装入焦炭，在输送机上在矿石上层叠焦炭并装入炉顶料仓，将矿石和焦炭介由旋转溜槽而装入高炉内。

另外，专利文献2中，在炉顶的料仓分别贮存矿石和焦炭，并同时混合装入焦炭和矿石，从而同时进行焦炭的通常装入用批量、焦炭的中心装入用批量和混合装入用批量这3种方式。

此外，专利文献3中，为了防止高炉操作中的熔合带形状的不稳定化和中心部附近的气体利用率的降低，实现安全操作和热效率的提高，高炉中的原料装入方法中，将全部矿石和全部焦炭完全混合后装入炉内。

专利文献

专利文献1：日本特开平3－211210号公报

专利文献2：日本特开2004－107794号公报

专利文献3：日本特公昭59－10402号公报

发明内容

在此，上述专利文献3中记载的代表性焦炭的平均粒径约为40～50mm，矿石的平均粒径约为15mm，两者的粒径有很大不同，因此仅单纯混合时，空隙率大幅降低，在炉内通气性恶化，可能产生气体通风、原料下降差之类的问题。

为了避免这些问题，考虑在炉轴心部形成仅有焦炭的层的方法。若采用该方法，则在炉轴心部可确保由焦炭层形成的气体的通道，因此能够改善通气性。

然而，混合大量焦炭时，除了小块焦，还混合大的块焦，因此矿石与焦炭的粒径差逐渐变大。另外，可知如果混合粒径不同的粒子，则该混合层的空隙率进一步降低。因此，混合大量焦炭时，虽然可改善熔合带的通气性，但高炉块状带的通气性可能恶化。

本发明是鉴于上述现状而开发的，目的在于提供即便实施大量混合焦炭的操作时，也能够确保高炉内的通气性，实现高炉操作的稳定化和热效率的提高的向高炉装入原料的方法。

即，本发明的要旨构成如下。

1.一种向高炉装入原料的方法，使用配设于高炉的炉顶的至少3个炉顶料仓、配设于该炉顶料仓的排出口而将从该炉顶料仓排出的原料混合并供给于旋转溜槽的集料斗、以及该旋转溜槽，将烧结矿、颗粒、块状矿石等矿石类原料和焦炭的高炉装入原料向高炉内装入时，

将上述焦炭分级为块焦和小块焦并填充到炉顶料仓，进而，将上述矿石类原料分级为大粒径矿石类原料和小粒径矿石类原料并填充到炉顶料仓，然后，排出该块焦时同时运出该大粒径矿石类原料，排出该小块焦时同时运出该小粒径矿石类原料。

2.根据上述1记载的向高炉装入原料的方法，其中，将上述小块焦的粒度范围设为10～40mm，且将上述小粒径矿石类原料的粒度范围设为3～20mm。

3.根据上述1或2记载的向高炉装入原料的方法，其中，将上述块焦的粒度范围设为30～75mm，且将上述大粒径矿石类原料的粒度范围设为10～50mm。

4.根据上述1～3中任一项记载的向高炉装入原料的方法，其中，将上述大粒径矿石类原料和上述小粒径矿石类原料分级时，使该大粒径矿石类原料与该小粒径矿石类原料的质量比率与在上述块焦中向矿石类原料的混合进行供给的块焦与上述小块焦的质量比率一致。

5.根据上述1～4中任一项记载的向高炉装入原料的方法，其中，以矿石调和平均粒径/焦炭调和平均粒径的比计，使上述小块焦与上述小粒径矿石的调和平均粒径之比、以及上述块焦与上述大粒径矿石的调和平均粒径之比均为0.1以上。

根据本发明，向高炉内装入矿石类原料和焦炭时，排出块焦时同时运出大粒径矿石类原料，排出小块焦时同时运出小粒径矿石类原料，因此炉下部的通气性明显提高，矿石的还原速度大幅提高，即便实施大量混合焦炭的操作的状况下，也能够进行稳定的高炉操作。

附图说明

图1是表示本发明的向高炉装入原料的方法的一个实施方式的示意图。

图2是表示填充层压力损失评价装置的概略构成图。

图3(a)是表示矿石分级前的块焦的粒径分布的图，图3(b)是表示矿石分级前的小块焦的粒径分布的图。

图4(a)是表示大粒径矿石和块焦的粒径分布的图，图4(b)是表示小粒径矿石和小块焦的粒径分布的图。

图5(a)是表示图3(a)和图4(a)的粒度分布的压力损失的图，图5(b)是表示图3(b)和图4(b)的粒度分布的压力损失的图。

图6是表示使用Ergun式评价空隙率对填充层的压力损失给予的影响的结果的图。

图7是表示以几何方式计算大粒径粒子的比例和空隙率的降低的结果图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的代表性的一个实施方式进行说明。

基于图1对在高炉内装入矿石类原料和焦炭的具体装入要领进行说明。

以下说明中，在炉顶料仓12a贮存块焦，另外，在炉顶料仓12b贮存大粒径矿石类原料，此外，在炉顶料仓12c贮存将小块焦和小粒径矿石类原料预先混合而成的原料。

应予说明，图中，10为高炉，12a～12c为炉顶料仓，13为流量调整阀门，14为集料斗，15为无料钟式装入装置，16为旋转溜槽。另外，θ为旋转溜槽相对于垂直方向的角度。另外，对于本发明中使用的焦炭没有特别限定，只要是公知的高炉用焦炭就没有问题。另一方面，矿石类原料只要是烧结矿、颗粒、块状矿石等作为高炉用矿石而常用的矿石类原料，就没有特别限定。

作为来自炉顶料仓的原料的装入顺序，首先，使旋转溜槽16的原料装入目的地为高炉的炉壁内周部，从装入块焦的炉顶料仓12a仅装入焦炭，从而能够根据需要在高炉的中心部形成中心焦炭层，另外，在炉壁内周部形成周边焦炭层。

即，在旋转溜槽16的原料装入目的地朝向高炉的中心部或者炉壁部的状态下，关闭炉顶料仓12b和12c的流量调整阀门13，打开仅炉顶料仓12a的流量调整阀门13，仅将被贮存于该炉顶料仓12a的块焦供给到旋转溜槽16，由此能够在高炉的中心部形成中心焦炭层，另外，在炉壁内周部形成周边焦炭层。

如上所述，将上述焦炭分级为块焦和小块焦并填充到炉顶料仓，进而，将上述矿石类原料分级为大粒径矿石类原料和小粒径矿石类原料，分别填充到炉顶料仓。而且，本发明中，排出该块焦时同时运出该大粒径矿石类原料，该小块焦与该小粒径矿石类原料同时排出。

即，从炉顶料仓12a排出块焦时从炉顶料仓12b同时运出大粒径矿石类原料，进而，通过适当地从炉顶料仓12c排出将小块焦和小粒径矿石类原料预先混合而成的原料，从而能够在高炉块状带形成通气阻力低的良好的混合层。

如上所述，混合大量焦炭时，除了小块焦，还混合块焦，因此矿石与焦炭的粒径差变大，产生该混合层的空隙率的降低，因此虽然熔合带的通气性得到改善，但高炉块状带的通气性恶化。

因此，如上所述，本发明中通过同时运出块焦和大粒径矿石类原料，另一方面，在排出小块焦时同时排出小粒径矿石类原料，从而可消除高炉块状带的空隙率的降低，即便混合大量焦炭时，也能够确保高炉内的通气性。

这里，将块焦和大粒径矿石类原料的混合层称为混合层L，将小块焦和小粒径矿石类原料的混合层称为混合层S，本发明中，根据实际制造时的原料的分配，即便使混合层L与混合层S交替地层叠，即便层叠多层混合层L并在其上层叠一层混合层S，即便相反地层叠多层混合层S并在其上层叠一层混合层L，即便在其间的任意层间仅形成焦炭的层，也都能够得到本发明的效果。应予说明，如上所述的中心焦炭层、周边焦炭层可以一并形成。

接着，对上述混合层L和混合层S的效果基于确认其效果的试验进行说明。

上述试验中，使用图2所示的填充层压力损失评价装置，测定分级前后的矿石焦炭填充层的压力损失。

这里，图3(a)中示出矿石分级前的块焦的粒径分布，图3(b)中示出矿石分级前的小块焦的粒径分布。另外，图4(a)中示出大粒径矿石和块焦的粒径分布，图4(b)中示出小粒径矿石和小块焦的粒径分布。

分别比较图3(a)与图4(a)以及图3(b)与图4(b)时，可知混合大粒径矿石和块焦时，进而混合小粒径矿石和小块焦时的粒径分布宽度分别降低。

根据以上结果，能够期待能够控制由与粒径宽度的波动扩大伴随的空隙率的降低导致的填充层压力损失。

接着，将具有图3(a)、图3(b)、图4(a)和图4(b)的粒度分布的试料填充到上述图2所示的填充层压力损失测定装置中，分别测定压力损失，将其结果示于图5(a)和图5(b)。应予说明，以矿石的质量为1900g、焦炭的质量为170g进行混合，分别装入到圆筒容器并进行试验。

根据图5(a)和图5(b)所示的结果，与图3(a)和图3(b)的粒度分布时比较，确认在图4(a)和图4(b)的粒度分布时，填充层压力损失分别降低。因此，可知矿石和焦炭的混合层为大粒径矿石和块焦、即混合层L时，以及为小粒径矿石和小块焦、即混合层S时，都能够减少填充层压力损失。

总结以上的试验结果和另外实施的与矿石类原料等的粒径相关的各种试验的结果，得到以下结论。

首先，作为小块焦的粒度范围，优选为10～40mm。另一方面，块焦的粒度范围优选为30～75mm。这是因为如果超出上述粒度范围，则填充层压力损失的减少效果都减弱。应予说明，如上所述，粒度范围可以有重复部分。

另外，作为小粒径矿石类原料的粒度范围，优选为3～20mm，大粒径矿石类原料的粒度范围优选为10～50mm。这是因为如果超出上述粒度范围，则这时填充层压力损失的减少效果也都减弱。应予说明，如上所述，矿石类原料的粒度范围也可以有重复部分。

此外，本发明中，判明将大粒径矿石类原料和小粒径矿石类原料分级时，如果使作为大粒径矿石类原料和小粒径矿石类原料的分级点的其质量比率，即，(大粒径矿石类原料的质量/小粒径矿石类原料的质量)×100与装入到高炉的块焦中向矿石类原料的混合进行供给的块焦与小块焦的质量比率，即，(向矿石类原料的混合中供给的块焦的质量/小块焦的质量)×100一致，则可得到更良好的通气性。应予说明，本发明中，所谓一致，优选完全一致，但是5％左右的误差也完全没有问题。

而且，发明人等使用以下所示的Ergun式(式1)评价空隙率对填充层的压力损失给予的影响。

$\frac{\mathrm{\Δp}}{L}=150\frac{{(1-\mathrm{\ϵ})}^2}{{\mathrm{\ϵ}}^3}\frac{\mathrm{\μu}}{D_p^2}+1.75\frac{(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\ρu}}^2}{D_p}\·\·\·\left(1\right)$

这里，分别设定如下，即，ρ[kg/m³]：流体的密度，μ[Poise]：流体的粘性系数，u[m/sec]：流体的平均流速，D_p[m]：平均粒子直径，ε[-]：空隙率，Δp/L[Pa/m]：填充层压力损失。

各物性值模拟高炉轴部，为ρ[kg/m³]＝2.1，μ[Poise]＝2.23×10^-5，u[m/sec]＝0.85，D_p[m]＝0.02。

图6中示出计算结果。

根据该图，可知在空隙率：0.3以下的区域，相对于空隙率减少的压力损失增加变大，空隙率对压力损失给予的影响在空隙率：0.3以下的区域显著。因此，认为为了抑制压力损失的上升，有效的是将空隙率保持为0.3以上。

另一方面，图7中示出将大粒径粒子的比例和空隙率的降低以几何方式计算的以往见解。根据该图，可知在粒径比：0.2～0.1的范围，空隙率大幅降低。另外，在粒径比：0.1时，大粒径粒子的比例在65％附近，空隙率为33％左右。

因此，本发明中，优选使小块焦与小粒径矿石的调和平均粒径之比以及块焦与大粒径矿石的调和平均粒径之比，以矿石粒径/焦炭粒径的比计，均为0.2以上。

实际的焦炭矿石混合层具有粒度分布，空隙率进一步降低，据此认为在粒径比：0.1时，空隙率小于0.3。

因此，就矿石与焦炭的粒径比而言，即使为大粒径矿石与块焦、或者小粒径矿石与小块焦的任意组合，也优选为0.1以上，更优选为0.2以上。

另一方面，对于上述粒径比的上限没有特别限定，但是优选0.2～0.75左右。

接着，在高炉内从下部到上部依次形成上述混合层。

因此，使以CO为主体的高温气体从设置于高炉下部的热水储留部的风口的送风管流入，从而形成通过焦炭层而上升的气体流，并且形成通过混合层而上升的气体流。利用从该送风管流入的高温气体，使焦炭燃烧，使矿石类原料还原熔解。

由此，在高炉下部的矿石类原料熔融，被装入到高炉内的焦炭和矿石类原料从炉顶向炉下部下降，引起矿石类原料的还原和矿石类原料的升温。

因此，在熔融层的上部侧形成矿石类原料软化了的熔合带，在该熔合带的上部侧进行矿石类原料的还原。

此时，在高炉下部，在混合层中，矿石类原料和焦炭完全混合，成为焦炭进入到矿石类原料间的状态，通气性得到改善，并且高温气体直接通过矿石类原料间，因此能够在没有导热延迟的情况下改善导热特性。

而且，在高炉的熔合带的下部，矿石类原料与高温气体的接触面积扩大，能够促进渗碳。另外，在熔合带内，能够改善通气性和导热性。此外，在高炉的上部，也由于矿石类原料与焦炭接近地配置，所以利用作为矿石类原料的还原反应与气化反应(碳溶损反应)的相互活化现象的偶合反应，可在不产生还原延迟的情况下进行良好的还原。

此时的还原反应用FeO+CO＝Fe+CO₂表示。

另外，气化反应用C+CO₂＝2CO表示。

另一方面，层状地层叠上述矿石与焦炭的以往例中，在高炉内交替地装入矿石和焦炭，在高炉内矿石层和焦炭层以成为层状的方式装入。此时，从风口的送风管流入CO主体的高温气体时，在熔合带的下部，因焦炭狭缝减少，通气受到限制而压力损失上升，由此导致存在矿石与高温气体的接触面积变小，渗碳受到限制的问题。

另外，在熔合带的上部侧形成焦炭狭缝，主要通过该焦炭狭缝向矿石传导热，因此产生导热延迟而变得导热不足，并且在高炉的上部，通气性好的焦炭层和通气性差的矿石层层叠，所以不仅升温速度降低，而且仅进行还原反应，而上述偶合反应是不期望的，所以产生发生还原延迟的问题。

然而，依据本发明的实施方式中，因为进行了如上所述的粒度调整的矿石层和焦炭层成为层状，所以能够使气流均匀化，确保良好的导热性而实现稳定的通气改善，能够解决上述以往例的问题点。

应予说明，以往，制造铁水：1t所需的焦炭量(kg)，即焦炭比为320～350kg/t左右，但根据本发明进行原料装入时能够将焦炭比减少到270～300kg/t左右。

应予说明，上述实施方式中，对将高炉内的旋转溜槽从轴心部向外周壁侧依次倾斜的逆倾斜控制的情况进行了说明，但不限定于此，即便使旋转溜槽从外周壁侧向轴心部倾斜，即所谓的顺倾斜控制的情况下，也能够得到与上述实施方式同等的结果。这时，到旋转溜槽移动至轴心部为止，将焦炭或矿石类原料从3个炉顶料仓如上所述在排出块焦的同时运出大粒径矿石类原料，另一方面，排出小块焦时同时排出小粒径矿石类原料。

另外，上述说明是对3个炉顶料仓的情况进行了说明，也可以将块焦、小块焦、大粒径矿石类原料以及小粒径矿石类原料分别填充到其它炉顶料仓。此外，也可以将块焦中向矿石类原料的混合进行供给以外的块焦填充到其它炉顶料仓。

实施例

为了证实本发明的效果，使用上述图2中示出的实验装置，模拟高炉内的高炉块状带，调查其填充层压力损失。

该实验装置如图2所示是直径：10cm的圆筒形的不锈钢制筒，能够从下部吹入规定量的空气(AIR)。而且，在上述筒的上端部和下端部，设有用于测定筒内部的压力的开孔部，用管与压力计相连。

这里，作为以下实施例中使用的装入原料，使用以下所示的原料。

焦炭…体积密度：0.578g/cm³

矿石…体积密度：1.835g/cm³

在此，比较例1是焦炭混合焦炭原单位120kg/t的例子，发明例1是同一规格中将矿石分级，分别混合小粒径矿石和大粒径矿石而成的例子，发明例2是进一步增加焦炭混合量而使其为200kg/t－p的例子。另外，发明例3是缩小小粒径矿石的粒径范围并由发明例2实现通气性改善的例子。应予说明，比较例1是图2中的试料层为块焦+矿石(未分级)和小块焦+矿石(未分级)这2层，另外，发明例1、2和3分别是上述试料层为块焦+大粒径矿石和小块焦+小粒径矿石这2层。

而且，各自的焦炭、矿石的粒度范围、质量比率和调和平均粒径都如表1所示。

将将各自的情况下的填充层压力损失的测定结果进行比较且一并记于表1。

本发明中，优选在向高炉的炉顶设备输送前，测定分别从用于贮存地上附近的矿石的贮矿槽和用于贮存焦炭的贮焦槽排出后的粒度。

另外，作为测定的频率，要求1周1次左右，优选1天多次的测定。此外，作为平均粒径，以下所示的调和平均粒径适于评价高炉内的压力损失时。这里，调和平均粒径：D_p相对于被筛分成i个的试料由以下式2表示。

$D_P=\frac{\mathrm{\Σ}{w}_i}{\mathrm{\Σ}{w}_i/d_{\mathrm{Pi}}}\·\·\·2$

这里，分别设定如下，即，D_p[m]：粒子的调和平均粒径，w_i[-]：每个筛目的质量比例，d_pi[m]：每个筛目的代表粒子径。

[表1]

[表1]

※1未分级的粒径范围记载在块焦和大粒径矿石一栏。

由该表可知，如果如发明例1所述将矿石分级，则可充分减少填充层压力损失。另外，发明例2中，大粒径矿石的比率增加，小粒径矿石减少，由此小粒径矿石的平均粒径变小，因此虽然与发明例1相比，其填充层通气阻力增加，但是与比较例1相比，显示出每1m为1000Pa以上的低填充层通气阻力。此外，就发明例3而言，虽然使大粒径矿石的比率与发明例2相同，但是减小了小粒径矿石的粒径幅度，因此虽然与发明例1相比，其填充层通气阻力增加，但是与比较例1相比，显示出每1m为2000Pa以上的低填充层通气阻力。

因此，可证实在通过排出块焦时同时运出该大粒径矿石类原料，并在排出该小块焦时同时运出该小粒径矿石类原料，能够降低通气阻力。

应予说明，上述实施方式中，作为焦炭，使用10～75mm的粒径，作为矿石，使用3～50mm的粒径，但只要使粒度范围的组合、质量比率的组合以及调和平均粒径等的关系满足本发明，即便适当地变更各自的值，也能够没有问题地得到本发明的效果。

符号说明

10  高炉

12a～12c  炉顶料仓

13  流量调整阀门

14  集料斗

15  无料钟式装入装置

16  旋转溜槽

Claims (5)

1.一种向高炉装入原料的方法，使用配设于高炉的炉顶的至少3个炉顶料仓、配设于该炉顶料仓的排出口而将从该炉顶料仓排出的原料混合并供给到旋转溜槽的集料斗、以及该旋转溜槽，将烧结矿、颗粒、块状矿石等矿石类原料和焦炭的高炉装入原料向高炉内装入时，

将所述焦炭分级为块焦和小块焦并填充到炉顶料仓，进而，将所述矿石类原料分级为大粒径矿石类原料和小粒径矿石类原料并填充到炉顶料仓，然后，排出该块焦时同时运出该大粒径矿石类原料，排出该小块焦时同时运出该小粒径矿石类原料。

2.根据权利要求1所述的向高炉装入原料的方法，其中，将所述小块焦的粒度范围设为10～40mm，且将所述小粒径矿石类原料的粒度范围设为3～20mm。

3.根据权利要求1或2所述的向高炉装入原料的方法，其中，将所述块焦的粒度范围设为30～75mm，且将所述大粒径矿石类原料的粒度范围设为10～50mm。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的向高炉装入原料的方法，其中，将所述大粒径矿石类原料和所述小粒径矿石类原料分级时，使该大粒径矿石类原料与该小粒径矿石类原料的质量比率与在所述块焦中向矿石类原料的混合进行供给的块焦与所述小块焦的质量比率一致。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的向高炉装入原料的方法，其中，以矿石调和平均粒径/焦炭调和平均粒径的比计，使所述小块焦与所述小粒径矿石的调和平均粒径之比、以及所述块焦与所述大粒径矿石的调和平均粒径之比均为0.1以上。