CN104878140A - 高炉操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高炉操作方法，该高炉操作方法即使在进行低RAR操作(碳酸气体排出量削减)的情况下，也能够以低成本避免特别是炉顶部的升温不良。在将铁焦炭用作装入原料的一部分的高炉操作时，根据炉顶气体的温度而组合控制来自炉身部的气体的吹入温度、吹入量以及吹入高度位置的任一种或两种或三种，从而抑制炉顶气体温度的下降，由此，即使在进行低RAR操作的情况下，也不需要大规模的设备投资，能够以低成本避免炉顶部的升温不良。另外，根据从炉身部吹入的炉身气体温度而使炉内温度比炉身气体温度更低的位置成为炉身气体吹入高度位置，从而炉内不会被炉身气体冷却。

Description

高炉操作方法
技术领域
本发明涉及一种高炉的操作方法，该方法用于将铁焦炭用作高炉原料而稳定地实施低还原材料比操作，所述铁焦炭是对煤和铁矿石的混合物进行成型并干馏而制造的。
背景技术
近年来，由于碳酸气体排出量的增加而导致的地球温暖化成为问题，在炼铁行业中，排出CO2的抑制也是重要的课题。受此影响，在最近的高炉操作中，强力地推进低还原材料比(低RAR)操作。RAR是Reduction Agent Ratio的简略，是每制造1t生铁的吹入还原材料和从炉顶装入的焦炭的合计量。高炉主要将焦炭和微粉炭用作还原材料，为了达成低还原材料比并进而达成碳酸气体排出抑制而利用废塑料、LNG(Liquefied Natural Gas：液化天然气)、重油等氢含有率高的还原材料来置换焦炭等的策略是有效的。作为在高炉中使用氢含有率高的还原材料的技术，例如在下列专利文献1中记载了将LNG从风口吹入高炉并使在炼铁工序中排出的碳酸气体降低的低碳酸气体排出炼铁法。
另外，作为别的方法，还存在着将已经被还原了的铁废料作为铁源用作高炉原料而不是将铁矿石作为高炉原料的方法，但在考虑高炉操作的情况下，存在着装入的铁废料的大小(尺寸)、锌、铜等的杂质浓度的制约，需要恰当的前处理。
而且，如下列专利文献2所记载的那样，还存在着使用铁焦炭的方法，所述铁焦炭是将煤和铁矿石混合并成型、将成型后的成型物干馏而制造的。铁焦炭因高反应性而促进烧结矿的还原，并且含有一部分被还原了的铁矿石，因而能够降低高炉的热保存带温度，能够使还原材料比下降。
然而，如果RAR下降，则原理上送风量下降，结果，在炉身上部即炉顶部，装入物的升温延迟，不仅无法达成顺利的还原，而且助长锌化合物等的在壁上的附着，有可能招致风压变动及装入物下降异常等炉况不良。另外，在像炉顶气体温度下降而跌入100℃那样的情况下，产生排气中的水分在配管内凝缩的问题。
作为使用铁焦炭时的炉顶气体温度控制方法，存在着如下列专利文献3所记载的方法：将高炉装入原料加热后从炉顶装入，或者，如下列专利文献4所记载的那样，对从来自风口的送风的氧富化率、来自风口的还原材料的吹入量、来自风口的送风的氮富化率中选择的1种或两种以上进行控制的方法。
专利文献1：日本特开平3-240906号公报
专利文献2：日本特开2006-28594号公报
专利文献3：日本特开2008-111145号公报
专利文献4：日本特开2008-111172号公报
在通常的高炉操作中，为了防止炉顶气体温度的下降所导致的问题的发生，进行将炉顶气体温度保持为100℃以上、优选120℃以上的操作。然而，在面向如前所述地将铁焦炭用作高炉原料而由于热保存带(thermal reserve zone)温度下降而导致的低还原材料比操作的情况下，炉顶气体温度大大地下降，难以通过通常的操作范围内的操作条件的变更来避免各种炉况不良特别是炉上部的升温不良，在前述现有技术中存在着以下的问题点。
(专利文献1)
如果来自风口的投入氢量增加，氧化铁的还原中的氢还原的比率变大，则炉身部的温度下降，暗示着存在着铁矿石、烧结矿等装入物在低温区域的滞留时间扩大的可能性。炉身部的低温区域的扩大意味着烧结矿的还原粉化区域的扩大，由于还原所导致的铁矿石等的粉化而使通气性和装入物降下动作恶化。
(专利文献3)
是在将铁焦炭用作高炉装入原料的一部分的高炉操作时，在设置于高炉的炉顶部的原料装入用的燃料仓内加热高炉装入原料的方法，但考虑到在例如1日制造10000t的铁液的高炉中，为了将约15000t的铁矿石、约3200t的焦炭预热至100℃～200℃，需要庞大的热量，不具有经济性。
(专利文献4)
是在将铁焦炭用作高炉装入原料的一部分的高炉操作时，控制从来自风口的送风的氧富化率、来自风口的还原材料的吹入量、来自风口的送风的氮富化率中选择的1种或两种以上的方法，但在该方法中，考虑到需要事前详细地调查各高炉的每次操作的最佳条件，另外还考虑到对于送风的氧富化、氮富化、吹入还原材料的吹入量，在每个高炉的设备能力的方面调节幅度存在着界限，虽然是非常优异的技术，但存在着下述可能性：需要涉及送风机、氧分离器、吹入还原材料干燥、粉碎、搬送设备等多方面的大规模的设备投资。
发明内容
本发明是着眼于如上所述的问题点而做出的，其目的在于提供一种高炉操作方法，该高炉操作方法即使在进行低RAR操作(碳酸气体排出量削减)的情况下也能够以低成本避免特别是炉顶部的升温不良。
为了实现上述的目的，本发明提供这样的高炉操作方法：将铁焦炭用作向高炉的装入原料，从所述高炉的炉身部向高炉内吹入炉身气体，根据高炉的炉顶气体温度，对从由所述炉身气体的吹入温度、吹入量、以及吹入高度位置构成的组中选择的至少一项进行控制。所谓炉身气体是从高炉的炉身部吹入高炉内的气体。
所述装入原料含有铁矿石、焦炭以及所述铁焦炭，优选所述铁焦炭为焦炭和铁焦炭的合计的总焦炭量的2质量%以上、60质量%以下。更优选为10质量%以上、35质量%以下。
优选所述对至少一项进行控制包括下述情况：对从由从高炉的炉身部吹入的气体的吹入温度、吹入量、以及吹入高度位置构成的组中选择的至少一项进行控制，从而将炉顶气体温度控制为超过80℃。
期望所述对至少一项进行控制包括下述情况：控制炉身气体吹入高度位置，使得高炉的炉内温度比所述炉身气体的温度更低的位置成为炉身气体吹入高度位置。
优选所述气体的吹入为：从设在炉身部的炉身气体的吹入管以6～100m/s的顶端气体流速将炉身气体吹入高炉内。更优选，所述顶端气体流速是10～72m/s，最优选为15～72m/s。
优选所述炉身气体的吹入温度是200～1000℃。
优选所述炉身气体的吹入量是20～200Nm3/t。
优选所述炉身气体的吹入包括下述情况：以水平或从水平向下45°的范围的角度将炉身气体从炉身部吹入高炉内。更优选所述角度是向下15°～45°。
期望所述炉身气体的吹入包括下述情况：从自原料表面深7m以上的位置将炉身气体吹入高炉内。
期望所述炉身气体的吹入包括下述情况：从高炉圆周方向的四处以上的位置将气体吹入高炉内。
期望所述炉身气体是除去了O2的燃烧排气。
另外，期望所述炉身气体是至少含有CO及CO2的任一方或双方的燃烧排气。
另外，期望所述炉身气体是高炉气体。
于是，根据本发明的高炉操作方法，在将铁焦炭用作装入原料的一部分的高炉操作时，根据炉顶气体的温度，对来自炉身部的炉身气体的吹入温度、吹入量以及吹入高度位置的任一种或两种或三种组合而进行控制，从而抑制炉顶气体温度的下降，因而即使在进行低RAR操作(碳酸气体排出量削减)的情况下，也不需要大规模的设备投资，能够以低成本避免炉顶部的升温不良。
另外，用作所述装入原料的一部分的铁焦炭是出现热保存带温度下降效果的总焦炭量的2质量%以上且用于避免炉下部处的铁焦炭存在量过多而导致的通气性恶化的60质量%以下的高炉操作时，根据炉顶气体温度而抑制炉顶气体温度的下降，因而能够在铁焦炭使用下实现高炉的稳定操作。
另外，由于能够将所述炉顶气体温度维持为超过80℃，因而不会产生下述不良：粉尘排出量下降而导致通气变动而阻碍高炉的稳定操作。
而且，由于使所述炉身气体的吹入管的顶端气体流速为6～100m/s以下，从炉身部吹入炉身气体，因而在吹入部位不易产生矿石、焦炭的混合层的形成，不对高炉操作造成坏影响。
另外，由于所述炉身气体的吹入在200～1000℃的温度下进行，因而能够效率良好地加热装入物，能够有效果地将高炉炉顶部的炉顶气体温度维持为超过80℃。
另外，由于使所述炉身气体的吹入量为20～200Nm3/t而进行装入物的加热，因而能够有效率地进行装入物的升温。
另外，根据从所述炉身部吹入的炉身气体温度而使炉内温度比炉身气体温度更低的位置成为炉身气体吹入高度位置，因而炉内不会被炉身气体冷却。
另外，由于所述炉身气体吹入角度在水平0°至向下45°的范围进行，因而不会使炉身气体吹入部分堵塞。
另外，由于从所述炉身部吹入的炉身气体在自高炉内装入物的原料表面起深7m以上的位置进行，因而能够防止吹入的炉身气体的偏流而有效地实现吹入的炉身气体所导致的装入物的加热。
另外，所述炉身气体的吹入从高炉圆周方向的四处以上进行，由此，能够在高炉圆周方向上进行均匀的炉顶气体温度维持。
另外，由于将除去了O2的燃烧排气用作炉身气体，因而不会阻碍炉内的还原作用。
另外，由于将含有至少CO和CO2的任一方或双方的燃烧排气用作炉身气体，因而能够不阻碍炉内的还原作用地利用以高炉气体为首的多种燃烧排气及其显热。
另外，由于将高炉气体用作炉身气体，因而能够确保炉内环境。
附图说明
图1是表示应用本发明的高炉操作方法的高炉的一个实施方式的纵剖视图。
图2是炉身气体对炉顶气体温度和装入物温度的影响的说明图。
图3是图1的炉身气体吹入管部分的放大图(θ=0°)。
图4是图1的炉身气体吹入管部分的放大图(θ>0°)。
图5是图1的炉身气体吹入管部分的放大图(θ<0°)。
图6是表示在实验中使用的冷模型装置的概略的纵剖视图。
图7是图6的炉身气体吹入管部分的放大图。
图8是表示从冷模型实验得到的炉身气体吹入管顶端的气体流速和平均混合层深度的关系的图表。
图9是表示从冷模型实验得到的炉身气体吹入角度和原料的流入长度的关系的图表。
图10是表示从冷模型实验得到的炉身气体吹入角度和原料堆积面处的气体流速的关系的图表。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的高炉操作方法的一个实施方式进行说明。
图1是应用本实施方式的高炉操作方法的高炉的整体图。炉身是该高炉中从高炉上部朝向下方而下部变宽的部分。
在该高炉1中，进行这样的操作：从风口2吹入热风，使装入炉内的焦炭燃烧，使铁矿石还原并熔融而成为铁液，从设在炉底部的图中未表示的出铁孔出铁。此外，图中的箭头表示气体流动。
在本实施方式中，作为装入原料的一部分，使用对煤和铁矿石的混合物进行成型并干馏而制造的铁焦炭，本发明中的铁焦炭是使用含有70质量%以上的煤和铁矿石的原料来制造的铁焦炭。铁焦炭中一部分铁矿石被还原，同时能够利用铁矿石的催化效果来提高焦炭的反应性，提高高炉中的气体利用率。因此，优选至少使铁矿石的配合比率为5质量%以上，优选为10质量%以上。如果铁矿石的配合比率超过40质量%，则铁焦炭的强度急剧地下降，因而优选使铁矿石为铁矿石和煤的合计量的5～40质量%，优选为10～40质量%。如上所述地配合的原料由成型机成型而成为块状成型物。前述块状成型物由竖炉型热处理炉等利用使用热风的直接加热法来干馏而制造铁焦炭。
另外，由于在前述竖炉内，块状成型物为900℃以上的温度，因而与煤接触的铁矿石被还原，是铁矿石的还原率超过60%的铁焦炭。如果铁矿石中的铁的还原率变高为60%以上，优选70%以上，则根据铁矿石的配合而铁焦炭的焦炭鼓强度和抗压强度变高，能够进一步抑制高炉内的铁焦炭的粉化，因而优选。
这样的铁焦炭时，一部分铁矿石被还原，同时能够利用铁矿石的催化效果来提高焦炭的反应性，提高高炉中的气体利用率，因而通过使用这样的铁焦炭，能够使高炉的还原材料比下降。
此外，对于本发明中的成为基于炉身气体吹入的炉顶气体温度控制的对象的铁焦炭的使用量，发现有热保存带温度下降效果，优选为从开始产生高炉炉顶气体温度的下降的总焦炭量的2质量%以上直到在高炉炉内未完全气化的铁焦炭大量存在于炉下部而高炉内部的通气性恶化的总焦炭量的60质量%。而且，更优选前述铁焦炭是总焦炭量的10质量%以上、35质量%以下。
在高炉内产生的高炉气体从高炉炉体经由设置于炉顶的上升烟道而向外排出并被回收。在本发明中，炉顶气体温度为在前述上升烟道处测定的高炉气体温度，将该高炉气体温度规定为炉顶气体温度。
在下列表1中表示基于高炉的热物质收支模型的炉顶气体温度变化的研讨结果。
使热损失、微粉炭比一定而调查热保存带温度、炉身效率对炉顶气体温度的影响。在通过装入物分布调节等而使表示气体还原效率的炉身效率相对于表中的基准而改善0.05的情况的案例1中，还原材料比相对于基准为-18.2kg/t，炉顶气体温度下降14.6℃。另一方面，在使用铁焦炭的情况下设想的热保存带温度大幅地下降的案例2中，还原材料比为-37.0 kg/t，炉顶气体温度下降85.7℃。可知，任一个案例都因还原材料比的下降而导致炉顶气体温度下降，热保存带温度下降的案例2时，对炉顶气体温度下降的影响大。另外可知，一般而言，如果使还原材料比下降，则炉顶气体温度也下降，还原材料比降低1kg/t时的炉顶气体温度下降量在案例1中为-0.8℃/kg/t，在案例2中为-2.32℃/kg/t，在伴有热保存带温度下降的还原材料比下降时，炉顶气体温度的下降幅度大。所以，在通过使用铁焦炭而经由热保存带温度下降而谋求还原材料比降低时，与通常的还原材料比降低相比，更需要留意炉顶气体温度的确保。因此，在高炉中使用铁焦炭时，作为炉顶气体温度的降低对策，进行本发明所示的基于来自炉身部的炉身气体的吹入的温度控制的高炉操作方法变得更有效。
[表1]
    基准 案例1 案例2
热保存带温度 ℃ 1000.0 1000.0 850.0
炉身效率 - 0.90 0.95 0.90
焦炭比 kg/t 363.2 345.0 326.2
微粉炭比 kg/t 142.0 142.0 142.0
还原材料比 kg/t 505.2 487.0 468.2
炉顶气体温度 ℃ 135.7 121.1 50.0
还原材料比降低量 kg/t - -18.2 -37.0
炉顶气体温度下降量 ℃ - -14.6 -85.7
单位还原材料比炉顶气体温度下降量 ℃/kg/t - -0.80 -2.32
在将高炉气体用作炉身气体时，高炉1的炉内气体、所谓的高炉气体为，将一部分排气，并且将一部分循环而作为炉身气体而从设在炉身部的炉身气体吹入管3吹入高炉1内。炉身气体根据需要而由加热装置加热。另外，在以高炉气体作为炉身气体的情况下，在炼铁厂内为了将高炉气体有效地用作能源而使个别的燃烧气体混入而在加热装置内燃烧而加热高炉气体，或者由燃烧器或加热器、蓄热体等外部加热机构加热高炉气体。此外，也能够使高炉气体本身燃烧并升温而使用。作为炉身气体，出于保持高炉1的炉内环境的意图，高炉气体是最理想的。关于炉身气体，除了高炉气体以外，也能够使用例如从焦炭炉得到的所谓焦炭炉气体等燃烧排气。作为炉身气体的必要条件，重要的是不会阻碍炉内的还原环境，为此的必要条件是不含O2。在假设含有O2时，应该在除去O2之后使用。另外，由于是燃烧排气，因而含有CO或CO2。
炉身气体的炉身气体吹入管3例如在高炉1的周方向整周以等间隔设置，从而炉身气体从高炉的周方向整周等间隔地吹入，并且为了能够调节该炉身气体吹入管3的高度位置而为多段配置。
在本发明中，将炉身气体从至少高炉圆周方向的四处以上吹入，使得所述炉身气体从高炉的周方向整周等间隔地吹入。通过在四处以上以等间隔的配置吹入，能够在高炉圆周方向上得到大致均匀的温度分布。优选是六处以上。另外，为了能够调节前述炉身气体吹入管3的高度位置而为多段配置的理由是，能够根据炉身气体的温度及高炉1的炉顶部的温度而变更炉身气体的吹入高度位置。另外，在本发明中，出于图2所示的理由，炉身气体在距原料表层向下7m更下方处吹入。图2表示在将炉身气体吹入时炉身气体对炉顶气体温度和固体(装入物)温度产生的效果，表示自原料表层起的各位置处的温度变化。即得到下述结果：由吹入的炉身气体加热装入物，同时炉顶气体温度也上升，在炉身气体吹入位置距原料表层到达7m的阶段装入物的加热大致完成，从该结果判明，炉身气体需要在距原料表层比7m更向下处吹入。
而且，在如上所述地进行高炉中的低RAR操作时，在为了炉内的还原效率提高及避免炉上部的升温不良而从炉身部进行气体吹入时，如果将炉身气体的吹入管设置在炉身部的中段位置，则炉内的原料有可能流入并堵塞在吹入管内而成为预热气体的稳定供给的妨碍。已知高炉所使用的原料的静休止角是35～45°，另外，炉身部中段附近的粉体压力是大概0.8～1.6kPa。即，关于炉内的原料，预想不仅遵循原料的休止角的流入现象，而且有时作用有由于炉内的粉体压力而压出那样的力而将所设置的炉身气体吹入管堵塞。如果将炉身气体吹入管堵塞，则在炉身气体吹入时，考虑到炉身气体吹入管内的偏流和炉身气体的逆流等。于是，本发明者等为了防止原料所导致的炉身气体吹入管的堵塞，研讨炉身气体吹入管的设置角度。
图3是水平地设置炉身气体吹入管3并沿水平方向进行炉身气体4的吹入的、相对于水平的炉身气体4的倾斜角度θ=0°的吹入的情况。图中的符号9表示炉内的炉身气体的流动。在这种情况下，炉身气体4从炉身气体吹入管3吹入高炉1内，有可能发生流入现象及由于基于炉内的粉体压力的压出而炉内的矿石(原料)5和焦炭6向炉身气体吹入管3的流入。
图4是将炉身气体吹入管3设置成向下的角度并向下进行炉身气体4的吹入的、相对于水平的炉身气体4的倾斜角度θ>0°的吹入的情况。在这样的情况下，不易发生矿石5和焦炭6向炉身气体吹入管3的流入。
与此相对，图5是将炉身气体吹入管3设置成向上的角度并向上进行炉身气体4的吹入的、相对于水平的炉身气体4的倾斜角度θ<0°的吹入的情况。在这样的情况下，矿石5和焦炭6向炉身气体吹入管3的流入变得容易，认为会发生由于那些流入19而导致的炉身气体吹入管3的堵塞。
接着，本发明者等通过进行模型实验而研讨不发生炉身气体吹入管的堵塞的条件。因此，制作1/21的高炉冷模型，首先，进行借助来自炉身部的气体吹入而在吹入管顶端形成有风口循环区的气体流速的调查。重要的是，在来自炉身部的气体吹入时，不产生由于吹入气体(炉身气体)而导致的原料填充层的流动化及搅拌。原料填充层的流动化是由于炉内原料从吹入气体受到的阻力超过原料的降下(装入物下降)的惯性力而产生的。所以，为了防止原料填充层的流动化，优选实现低气体流速的吹入条件，使得从炉身气体受到的阻力低于原料降下的惯性力。
在图6中表示模型装置的概略。模型装置11具备炉体14、风口12、炉身气体吹入管13。关于炉体14，内部尺寸炉口半径是271mm，炉高是1493mm，下部使用SUS容器，上部使用丙烯类容器。炉身气体吹入管13使用内径10mm的管，这按照实际设备换算而相当于0.035m2。填充至炉内的原料使用实际设备所使用的矿石(烧结矿)5和焦炭6，按照模型的比例尺而粉碎并分级而使用。另外，为了实现实际设备的原料的装入物下降和来自风口的送风，从设置于炉体下部的振动给料机7切出原料，将空气8从炉腹下端的风口12导入。考虑到原料从气体受到的阻力，使模型装置11的原料切出速度和送风条件为与实际设备Fr数(弗劳德数)一定的条件。
在模型实验中，首先使炉身气体吹入角度θ为0°(水平)，使炉身气体吹入量变化，控制炉身气体吹入管3的顶端的气体速度，在炉身气体吹入管3的顶端观察混合层的发生状况。将图6中的被四边形包围的范围放大并在图7中表示。在图7中，符号22相当于风口循环区，测定形成于其下部的焦炭和矿石(烧结矿)的混合层23的混合层深度a。
在图8中，表示炉身气体吹入管3顶端的气体流速和形成于炉身部的平均混合层深度的关系。平均混合层深度指：令由1层矿石层(烧结矿层)和1层焦炭层的共计两层构成1份炉料、形成于前述的炉身气体吹入管3的顶端部下方的混合层23的5份炉料的范围内的炉径向的深度的平均。气体流速和平均混合层深度由实际设备炉内温度和压力补正，根据比例而换算成相当于实际设备的值。实验的结果为，在炉身气体吹入管3的顶端气体流速为100m/s以下时，不产生风口循环区22，在图8所示的区域(大概顶端气体流速100m/s以下的区域)b，未观察到混合层的形成。所以，在以下的实验中，将炉身气体吹入管3的顶端气体流速固定为100m/s，进行炉身气体吹入角度θ的研讨。此外，如果形成有混合层，则该混合层除了导致产生局部的还原不良、所谓“生降”以外，还导致炉内气体紊乱而引起通气恶化。所以，前述炉身气体吹入管3的顶端的气体流速需要为100m/s以下，另外，为了确保吹入量，需要为6m/s以下，因而为6～100m/s更优选是10～72m/s，期望是15～72m/s。
为了调查炉身气体吹入角度的影响，使图3～图5中的炉身气体的吹入倾斜角度θ在-30°～70°(θ<0°是向上的炉身气体吹入，θ>0°是向下的炉身气体吹入)的范围变化而进行实验。在图9中，表示炉身气体吹入角度和炉内原料的流入长度的关系。如图5那样，流入长度是在炉内原料流入并堆积于炉身气体吹入管的内部的状况下从炉身气体吹入管顶端至流入的原料的顶端的距离d，将在实验中得到的距离d换算并表示为实际设备中的流入长度。如图9所示，炉身气体吹入管的角度、即炉身气体的吹入角度在0°～70°的范围内时，由于炉身气体吹入的阻力，几乎观察不到炉内原料向炉身气体吹入管的流入。然而，炉身气体的吹入角度在-20°～0°的范围内时，产生炉内原料向炉身气体吹入管的流入，在-30°～-20°的范围内时，在刚刚开始实验之后，炉身气体吹入管完全地被堵塞。
另外，在图10中，表示模型实验中的炉内原料堆积面(炉身气体吹入管稍上部的炉壁附近)处的气体流速和炉身气体吹入角度的关系。堆积面上的气体流速使用热线流速计来测定。根据图10得知，炉身气体吹入角度在-20°～45°的范围内时，堆积面附近的气体流速几乎不变化，炉身气体吹入角度为45°以上时，气体流速增加。这暗示着炉内的径向的气流分配受到炉身气体吹入的影响而变化，周边气流被强化。一般而言，高炉内的周边气流被强化，导致自炉壁的热损失的增加所带来的还原材料比增加，因而壁边的气体流速增加的现象不优选。
从以上的模型实验的结果，认为防止炉内原料向炉身气体吹入管内的流入且不使自炉壁的热损失增加地进行炉身气体向炉内的稳定供给的适当的吹入角度相对于水平是0°以上且45°以下的范围。此外，如果考虑实际设备中的操作变动，则炉身气体吹入角度优选15°以上且45°以下的范围。
另外，关于炉身气体的吹入量，为了进行矿石层、焦炭层的升温加热，至少需要20Nm3(标准状态)/t(单位装入量)的炉身气体的吹入量，上限根据升温成本而为200Nm3(标准状态)/t(单位装入量)。优选是30～180 Nm3(标准状态)/t(单位装入量)。
而且，炉身气体的吹入温度不足200℃时，与作为控制对象的炉顶气体温度的差变小，升温效果不足，因而为了进行装入物加热而需要200℃以上的温度，上限根据吹入设备的耐热温度、成本而确定，优选1000℃以下。
另外，关于吹入位置，需要在高炉内的装入物温度比吹入的炉身气体的吹入温度更低的温度区域进行吹入，因而如前所述，能够调节炉身气体吹入管的高度位置。在炉顶气体温度下降轻微时，在炉顶的附近，从在高炉的周方向整周等间隔地设置的炉身气体吹入管开始炉身气体吹入，观察炉顶气体温度。在炉顶气体温度下降进一步发展的情况下，在比炉顶部更低的位置处，也从在高炉的周方向整周等间隔地设置的炉身气体吹入管进行炉身气体的吹入。在这种情况下，进行施加了下述炉顶气体温度控制的高炉操作：令从比炉顶部更低的位置吹入的炉身气体温度比从炉顶部吹入的炉身气体的温度更高而强化装入物加热等。或者，在炉顶气体温度下降轻微时，在炉顶的附近从等间隔地设在高炉的周方向整周的炉身气体吹入管开始炉身气体吹入，观察炉顶气体温度。在炉顶气体温度下降进一步发展时，进行下述炉身气体吹入：切换成在比炉顶部更低的距装入原料表层7m的位置处自等间隔地设在高炉的周方向整周的炉身气体吹入管吹入炉身气体。在这种情况下，进行施加了下述炉顶气体温度控制的高炉操作：使从比炉顶部更低的位置吹入的炉身气体温度比从炉顶部吹入的炉身气体的温度更高而强化装入物加热等。
另外，本发明者等进行了下述试验：对进行通常操作的高炉装入铁焦炭，在确认伴随着还原材料比的下降的炉顶气体温度下降后，从图1所示的高炉炉身部吹入炉身气体。在进行试验的基础上，使加热的炉身气体的吹入温度、吹入量、吹入高度位置变化而调查炉顶气体温度的变化的情况。
在本实施方式中，在炉内容积5000m3的高炉中，以不将铁焦炭用作装入原料的通常操作的焦炭比390kg/t、微粉炭比100kg/t的操作条件为基准，进行使用铁：焦炭=0.4:0.6的质量比的铁焦炭的操作试验。铁焦炭如以下那样制造。将5质量%的柏油沥青和软沥青的混合物作为粘结剂而添加至铁矿石和煤的混合物(0.4:0.6的质量比率)并利用搅拌机来搅拌并混合，然后，以线压5t/cm成型而制造6cc的煤砖成型物。铁矿石使用粒径100微米以下 (-100μm)的球状原料。煤使用最大平均反射率1.0%的煤。煤的粒度使用将总量粉碎成粒径3mm以下(-3mm)的粒度。由作为专用的干馏炉的竖炉加热该煤砖而对煤进行干馏，制造铁焦炭。然后，将该铁焦炭和铁原料混合而将该混合物和块焦炭交互地装入炉内而进行操作。
在下列表2中，表示前述的基准条件、铁焦炭使用条件、试验条件以及高炉操作结果。
[表2]
    基准 案例1 案例2 案例3 案例4 案例5 案例6 案例7 案例8 案例9 案例10
焦炭比 kg/t 390 320 320 320 320 320 320 320 320 320 320
铁焦炭比 kg/t 0 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
微粉炭比 kg/t 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
还原材料比 kg/t 490 470 470 470 470 470 470 470 470 470 470
炉身气体量 Nm3/t 0 0 65 65 65 32.5 65 97.5 97.5 97.5 97.5
炉身气体温度 ℃ - - 200 600 1000 600 600 600 1000 1000 1000
无量纲高度位置 - - - 0.8 0.8 0.8 0.6 0.6 0.6 0.4 0.6 0.8
炉顶气体温度 ℃ 125.4 99.2 108.5 121.1 139.6 112.9 121.1 131 153.2 157.9 166
案例1是使送风条件、微粉炭吹入量与基准条件相同并与焦炭置换而使用铁焦炭的情况。在这种情况下，炉顶气体温度下降至99.2℃，粉尘排出量下降，导致通气变动，阻碍高炉的稳定操作。与此相对的是，在案例2～案例10中，以炉顶气体温度的恢复为目的，在使用铁焦炭的同时，在炉身部进行炉身气体吹入。
案例2～案例4使炉身气体吹入量为20～200Nm3/t中的65Nm3/t而一定，使炉身气体吹入温度分别为200℃、600℃、1000℃。此外，表中的无量纲高度位置表示炉身气体的吹入高度位置，如图1所示，使高炉炉身部的全长为h0(m)，使炉身气体吹入高度h(m)相对于高炉炉身部h0(m)的比例作为无量纲高度位置而表示，在案例2～案例4中，使无量纲高度位置为0.8。
另外，在案例5～案例7中，使炉身气体吹入温度为600℃，使吹入高度位置为无量纲高度位置0.6，使炉身气体吹入量分别为32.5Nm3/t、65Nm3/t、97.5Nm3/t。另外，在案例8～案例10中，使炉身气体吹入温度为1000℃，使炉身气体吹入量为97.5 Nm3/t，使炉身气体吹入高度位置按照无量纲高度位置而分别为0.4、0.6、0.8。
案例2～案例10的任一个均确认到了下述情况：相对于案例1而炉顶气体温度恢复，即使在低还原材料比操作中，也能够继续稳定的炉况。另外，由于炉身气体的吹入量、吹入高度位置、吹入温度的操作因子的不同导致炉顶气体温度的恢复量也变化，因而能够以必要的最低限度的温度恢复量为目标而进行调节。
在案例1～案例10的试验之后，进一步降低焦炭比，增大铁焦炭比，使还原材料比降低化，实际进行高炉操作。表示试验案例11～案例20的铁焦炭使用条件、试验条件以及高炉操作结果。
[表3]
    基准 案例11 案例12 案例13 案例14 案例15 案例16 案例17 案例18 案例19 案例20
焦炭比 kg/t 390 250 250 250 250 250 222 222 222 222 222
铁焦炭比 kg/t 0 100 100 100 100 100 120 120 120 120 120
微粉炭比 kg/t 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
还原材料比 kg/t 490 450 450 450 450 450 442 442 442 442 442
炉身气体量 Nm3/t 0 0 97.5 130 65 65 0 130 65 97.5 130
炉身气体温度 ℃ - - 600 600 1000 1000 - 600 1000 1000 1000
无量纲高度位置 - - - 0.4 0.8 0.4 0.6 - 0.6 0.8 0.4 0.6
炉顶气体温度 ℃ 125.4 73.0 107.3 116.8 109.0 113.4 62.5 103.9 108.7 116.5 137.2
案例11～案例15是使送风条件、微粉炭吹入量与基准条件相同并将与焦炭置换而使用的铁焦炭增加至100kg/t的示例。在案例11～案例15中，使焦炭比为250kg/t，使铁焦炭比为100kg/t，使微粉炭比为100kg/t，结果，还原材料比为450kg/t。在案例11中，在未将炉身气体吹入的情况下，炉顶气体温度下降至73.0℃，粉尘排出量下降，导致通气变动，阻碍高炉的稳定操作。与此相对，在案例12、案例13中，使炉身气体吹入温度为600℃，使炉身气体吹入量分别为97.5 Nm3/t、130 Nm3/t，使炉身气体吹入高度位置按照无量纲高度位置而分别为0.4、0.8。另外，在案例14、案例15中，使炉身气体吹入温度为1000℃，使炉身气体吹入量为65 Nm3/t，使炉身气体吹入高度位置按照无量纲高度位置而分别为0.4、0.6。结果，炉顶气体温度分别为107.3℃、116.8℃、109.0℃、113.4℃，分别为100℃以上，消除在案例11中产生的不良状况。
案例16～案例20是将与焦炭置换而使用的铁焦炭进一步增加至120 kg/t的示例。在案例16～案例20中，使焦炭比为222kg/t，使铁焦炭比为120kg/t，使微粉炭比为100kg/t，结果，还原材料比为442kg/t。在未将炉身气体吹入的案例16中，炉顶气体温度下降至62.5℃，粉尘排出量下降，导致通气变动，阻碍高炉的稳定操作。与此相对，在案例17中，使炉身气体吹入温度为600℃，使炉身气体吹入量为130 Nm3/t，使炉身气体吹入高度位置按照无量纲高度位置而为0.6。另外，在案例18～案例20中，使炉身气体吹入温度为1000℃，使炉身气体吹入量分别为65 Nm3/t、97.5 Nm3/t、130 Nm3/t，使炉身气体吹入高度位置按照无量纲高度位置而分别为0.8、0.4、0.6。结果，炉顶气体温度分别为103.9℃、116.8℃、108.7℃、116.5℃、137.2℃，炉顶气体温度分别为100℃以上，消除在案例16中产生的不良状况。
相对于未将炉身气体吹入的案例11、案例16，进行炉身气体吹入的案例12～案例15、案例17～案例20的任一个均确认了超过100℃的炉顶气体温度的恢复，即使在进一步的低还原材料比操作中，也能够继续稳定的炉况。另外，与案例2～案例10的情况同样，由于炉身气体的吹入量、吹入高度位置、吹入温度的操作因子的不同导致炉顶气体温度的恢复量也变化，因而能够以必要的最低限度的温度恢复量为目标而进行调节。
此外，期望从炉身部吹入的炉身气体是吹入位置的炉内温度以上。因为在炉身气体的温度比吹入位置的温度更低的情况下，有可能相反对炉内进行冷却。
另外，关于将高炉的炉顶气体的一部分用作炉身气体的情况，在炼铁厂内，为了将高炉的炉顶气体有效地用作能源而通过根据该炉顶气体温度的必要恢复量而调节炉身气体的吹入量、吹入高度位置、吹入温度的操作因子，从而能够以更少的高炉气体循环量得到最大限度的效果，导致节能。
这样，在本实施方式的高炉操作方法中，在将铁焦炭用作装入原料的一部分的高炉操作时，根据炉顶气体的温度而组合控制来自炉身部的炉身气体的吹入温度、吹入量以及吹入高度位置的任一种或两种或三种，从而抑制炉顶气体温度的下降，因而即使在进行低RAR操作(碳酸气体排出量削减)的情况下，也不需要大规模的设备投资，能够以低成本避免炉顶部的升温不良。
另外，根据从炉身部吹入的炉身气体温度，使炉内温度比炉身气体温度更低的位置成为气体吹入高度位置，因而炉内不会被炉身气体冷却。
另外，通过将除去了O2的燃烧排气用作炉身气体，不会阻碍炉内的还原作用。
另外，通过将含有至少CO和CO2的任一方或双方的燃烧排气用作炉身气体，能够不阻碍炉内的还原作用地利用以高炉气体为首的多种燃烧排气及其显热。
另外，通过将高炉气体用作炉身气体，能够确保炉内环境。
此外，本发明中的炉顶气体温度，在本发明的高炉操作方法中，将炉顶部的温度保持为80℃以上并进行高炉操作。由此，即使在进行低RAR操作(碳酸气体排出量削减)的情况下，也能够避免特别是炉顶部的升温不良。只要将炉顶气体温度保持为80℃以上并继续高炉操作，在操作继续中就能够避免排气中的水分凝缩，但优选将炉顶部的温度保持为在温度上能够避免水分凝缩的100℃以上，期望为超过100℃的110℃以上。上限也取决于所面向的低RAR操作，是300℃以下，优选是200℃以下。
此外，所谓前述低RAR操作(碳酸气体排出量削减)，在本发明中，是指将焦炭与铁焦炭置换且焦炭比(还原剂比)470kg/t以下的低RAR操作。
[符号说明]
1    高炉
2    风口
3    炉身气体吹入管
4    炉身气体
5    矿石(原料)
6    焦炭
19   流入。

Claims (5)

1.一种高炉操作方法，其中，
将铁矿石、焦炭、铁焦炭用作向高炉的装入原料，
令所述铁焦炭是焦炭和铁焦炭的合计的总焦炭量的10质量%以上、35质量%以下，令高炉的热保存带温度降低，
从所述高炉的炉身部向高炉内吹入气体，
对从由所述气体的吹入温度、吹入量、以及吹入高度位置构成的组中选择的至少一项进行控制，抑制高炉的炉顶气体温度的降低，
所述气体的吹入为，从设在炉身部的气体的吹入管以15～72m/s的顶端气体流速将气体吹入高炉内。
2.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述气体的吹入温度是600～1000℃。
3.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述气体的吹入量是30～180Nm3/t。
4.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
所述气体的吹入在炉身气体吹入高度h（m）相对于高炉炉身部h0（m）的比例为0.4~0.8的位置处进行。
5.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其特征在于，
还原材料比为470kg/t以下。
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