CN105121668A - 高炉操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在粉煤比为150kg/t-p以上进行操作时，也能提高生产率且降低CO₂排放的高炉操作方法。所述高炉操作方法是经由喷枪从送风风口向高炉内以150kg/t-p以上的鼓入量进行粉煤鼓入的高炉的操作方法，其特征在于，在从炉顶装入的块状焦炭的JIS-K2151中规定的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为87％以下、从风口鼓入的粒径74μm以下的粉煤的重量比率为60质量％以下，且该粉煤的平均挥发成分为25质量％以下、以及从风口鼓入的送风的温度为1100℃以下的条件下进行操作时，经由喷枪向所述炉内鼓入粉煤并同时鼓入氧，并且在此时使用氧浓度为60体积％～97体积％的气体作为粉煤的鼓入用输送气体。

Description

高炉操作方法

技术领域

本发明涉及从高炉的送风风口向炉内鼓入粉煤进行操作的高炉操作方法。

背景技术

近年来，由二氧化碳排放量增加导致的全球变暖成为了问题，而抑制CO₂的排放也是钢铁行业的重要课题。近年的高炉使用了从炉顶部装入的块状焦炭和从风口鼓入的粉煤作为还原材料。对于抑制CO₂的排放而言，从通过预处理而产生的二氧化碳排放量之差考虑，相比于从炉顶装入的块状焦炭，使用经由风口向炉内鼓入的粉煤更有助于抑制CO₂的排放。

一般来说，对于从风口鼓入的粉煤而言，在专利文献1中，按照以粉煤比计每1吨生铁150kg/t以上的比例鼓入挥发成分为25质量％以下的粉煤。而且，在该情况下，为了防止粉煤的燃烧效率降低，可以通过从喷枪(lance)同时供给粉煤及70体积％以上的氧来谋求燃烧效率的提高。另外，在该专利文献1中，提出了如下方法：在喷枪为单管的情况下，从喷枪鼓入氧和粉煤的混合物；另一方面，在喷枪为双重管的情况下，从内管鼓入粉煤，从内管与外管之间鼓入氧。

在专利文献2中提出了如下方法：在减产操作(出铁比1.8以下)时通过使粉煤比为150kg/t-p以上来降低燃烧效率的情况下，在使用挥发成分为28质量％以上的高挥发成分粉煤的同时，将以固体热容量和气体热容量之比表示的热流比控制在0.8以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-286511号公报

专利文献2：日本特开2011-127176号公报

发明内容

发明要解决的课题

从风口向炉内鼓入的粉煤的作用是提供热源及还原材料源。已知该粉煤的燃烧性受到未燃煤粉(未燃焦化物)的影响。即，在高炉内发生了C+CO₂＝2CO所表示的溶损反应，该反应量虽然根据操作而变化，但大约为80～100kg-C/t-p。作为该反应中消耗的C源，认为是从炉顶装入炉内的块状焦炭、烧结矿中含有的焦炭粉、粉煤的未燃煤粉。在该情况下，根据比表面积(粒径)之差，可认为这些C源中上述粉煤的未燃煤粉会被优先消耗。

因此，在从风口鼓入的粉煤的燃烧性降低的情况下，鼓入炉内的未燃煤粉的量增加，其发生上述溶损反应而被优先消耗，结果是本来应该被消耗的焦炭粉未被消耗而滞留在炉内。该炉内滞留焦炭粉增加会引起高炉内的空隙率、平均粒径降低，其结果是导致炉内的通气性变差。另外，已知焦炭的炉内产生粉量受到焦炭的冷强度(JIS.K.2151：转鼓强度)的影响较大。因此，对于高炉内的通气性的评价而言，重要的是不仅要考虑从风口鼓入的粉煤的燃烧性，还要同时考虑从炉顶装入的块状焦炭的性状。

另外，对于上述专利文献1公开的技术而言，使用挥发成分为25质量％以下的粉煤作为从风口鼓入的粉煤，在粉煤比：150kg/t-p以上的条件、也就是粉煤的燃烧效率降低的条件下进行操作时，通过在从喷枪鼓入粉煤的同时供给氧，特别是使鼓入粉煤用输送气体中的氧浓度为70体积％以上，能够提高燃烧效率，从而实现炉内通气性的改善。但是，已知对于燃烧效率而言，有时即使是相同挥发成分(25质量％以下)的粉煤，根据其粒度、送风温度的不同，即使输送气体中的氧浓度为70体积％以上燃烧效率也没有提高，反而在输送气体的氧浓度不在70体积％以上时能够保持较高的燃烧效率。

另外，关于高炉内的通气性，即使粉煤的燃烧效率稍有降低，如果从炉顶装入块状焦炭的强度较大，则对于通气性的不良影响就较小。因此，对于上述专利文献1而言，存在以下问题：根据鼓入用粉煤、炉顶装入用块状焦炭的性状、送风条件的不同，有时不能发挥效果，反之，有时由于效果过度而使成本增高。

另外，近年来从进一步降低排放CO₂的要求考虑，例如，期望使粉煤比为170kg/t-p以上。但是，对于粉煤比为170kg/t-p以上的高粉煤比操作而言，如上述专利文献1所记载，即使从双重管喷枪的内管鼓入粉煤，并从内管与外管之间鼓入氧，燃烧温度也已饱和，燃烧效率不会提高。而且，插入鼓风管内的鼓风喷枪暴露于1000～1200℃的热风中，因此如上述专利文献1所记载，使用单管喷枪供给高浓度的氧与粉煤的混合物从安全性方面也是不现实的。

另外，对于上述专利文献2而言，在减产操作时通过使粉煤比为150kg/t-p以上来降低燃烧效率的情况下，通过使用挥发成分为28质量％以上的高挥发成分的粉煤，同时将以固体热容量和气体热容量之比所表示的热流比控制在0.8以下，可谋求粉煤的有效燃烧。但是，在该情况下，为了降低热流比，使氧富集率降至2.0体积％以下，优选降至1.5体积％，这意味着粉煤的燃烧效率降低，因此根据送风条件(送风温度)、粉煤性状(粒度)而将挥发成分设定为28质量％以上，也有无助于燃烧效率的改善的情况。

本发明是为了解决现有技术中的上述问题而开发的。即，本发明的目的在于提出一种高炉操作方法，该方法即使在使粉煤比为150kg/t-p以上进行操作时，也能通过使该粉煤的燃烧温度升高而提高生产率并降低CO₂的排放。

解决问题的方法

为了解决上述课题而开发的本发明提供一种高炉操作方法，该方法是经由喷枪从送风风口向高炉内以150kg/t-p以上的鼓入量进行粉煤鼓入的高炉的操作方法，该方法包括：

在下述a、b、c这3个条件中的2个以上条件下进行操作时，经由喷枪向所述炉内鼓入粉煤并同时鼓入氧，并且在此时使用氧浓度为60体积％～97体积％的气体作为该粉煤的鼓入用输送气体，

a、从炉顶装入的块状焦炭的JIS-K2151中规定的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为87％以下，

b、从风口鼓入的粉煤中粒径74μm以下者的重量比率为60质量％以下，且该粉煤的平均挥发成分为25质量％以下，

c、从风口鼓入的送风温度为1100℃以下。

需要说明的是，在本发明的高炉操作方法中，更优选的技术方案如下：

(1)所述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为85％以下时，使用氧浓度为70体积％～97体积％的气体作为所述输送气体；

(2)所述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为83％以下时，使用氧浓度为80体积％～97体积％的输送气体作为所述输送气体；

(3)所述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为78％以上；

(4)粒径为74μm以下的粉煤的重量比率为30质量％以上；

(5)所述送风温度为900℃以上；

(6)所述粉煤的鼓入量为300kg/t-p以下。

发明的效果

根据本发明的高炉操作方法，在粉煤的燃烧效率降低的条件下，考虑到炉顶装入块状焦炭的强度，同时对高炉内的通气性进行综合判断，谋求从风口鼓入的粉煤的燃烧效率的提高，因此能够有效地实现生产率提高及CO₂排放的减少。即，根据本发明，由从风口鼓入的粉煤量、性状(粒度、挥发成分量)及送风温度等来判定粉煤的燃烧效率，且由粉煤的燃烧效率和使用的块状焦炭的强度对通气性进行综合判断，由此，能够将粉煤的燃烧效率设定在最优的范围内。其结果，能够一直有效地保持粉煤的燃烧效率，而且使炉内的通气性稳定，结果能够实现生产率提高和CO₂排放的减少。

附图说明

图1是采用本发明方法的高炉的示意图。

符号说明

1.高炉

2.鼓风管

3.风口

4.喷枪

5.回旋区

具体实施方式

图1是示意性地示出采用本发明的高炉操作方法的高炉的图。如图所示，在高炉1的风口3后方连接有用于吹送热风的鼓风管(送风管)2，喷枪4以朝向炉内的方向插入该鼓风管2中。在所述风口3的热风吹送方向的前方认为存在被称为回旋区5的燃烧空间，该燃烧空间也是焦炭堆积层，在该燃烧空间主要进行铁矿石的还原。虽然在图中只有1支喷枪4被插入到鼓风管2中，但通常沿着炉的周围设置的多根鼓风管2中分别插入有喷枪4。另外，每1根该鼓风管的喷枪数量不限定于1支，也可以设置2支以上。作为该喷枪的结构，可以是单管喷枪、多重管喷枪、将多根鼓入管捆扎而成的管束型喷枪。

通常，从插入鼓风管2内的喷枪4鼓入的粉煤经由风口3到达高炉内的所述回旋区5内，在这里，从炉顶装入的块状焦炭与其中含有的挥发成分及固定碳一起燃烧，从而有助于升温。另外，将未燃尽而残留的被称为焦化物的碳与灰分的聚集体作为未燃焦化物从回旋区5排出回旋区外。该焦化物以固定碳为主要成分，在发生燃烧反应的同时，还发生被称为碳溶解反应的反应。

另外，对于从喷枪4鼓入到鼓风管2和风口3的粉煤而言，挥发成分较多者一方面促进着火燃烧，增加燃烧量，提高粉煤的升温速度和最高温度，另一方面随着该粉煤的分散性和温度的提高，焦化物的反应速度也加快。即，随着挥发成分的气化膨胀，粉煤扩散开来，同时促进了挥发成分的燃烧，这时的燃烧热会使粉煤更加快速被加热而升温。由此，例如，粉煤在靠近炉壁的位置会高效地燃烧。另外，可以认为对于JIS-K2151中规定的块状焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)〔％〕而言，块状焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)〔％〕越大，炉内的焦炭粉的比例越少，例如，焦炭粉在炉芯部的堆积量减少。

以下，进行操作试验，对本发明适合的高炉操作条件进行了研究，对其结果进行说明，所述操作试验是在炉内容积5000m³的高炉中，改变炉顶装入块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)〔％〕、粉煤量、粉煤性状(粒度、挥发成分)、送风温度，对通气性进行评价。

在该操作试验中，控制送风量使得出铁量恒定为10000t/d，比较了各个条件下此时的通气性。需要说明的是，该通气性的值是由炉顶部压力与送风压力的压力差及送风量而得到的。

另外，在该操作试验中，调节送风水分来进行操作并使得风口处温度在一定范围内，各个水平的铁水温度在1500℃±10℃的范围内。如下述表1所示，作为试验条件1，在焦炭比340kg/t-p、粉煤比150kg/t-p、送风温度1100℃、焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)87％、粉煤挥发成分25质量％、粒径74μm以下的粉煤的粒度60质量％的条件下进行了操作。将此时的通气性设为1.0，以下，对改变各操作条件时的通气性进行了比较。通气性的数值越大，通气性越差，通气性指数：1.05左右为止是稳定操作的允许范围。需要说明的是，在这些试验操作中均使用每个风口1支的单管喷枪。

另外，在该操作试验中，主要以试验条件1为基准对送风温度、粉煤的挥发成分、粉煤的粒度进行了比较研究。其结果是，在试验条件2的情况下，相对于试验条件1，将各项目(上述送风温度等)全部向提高燃烧效率的方向进行了操作，焦炭比、通气性也得到了改善。需要说明的是，提高燃烧效率的方向是指提高送风温度、增加粉煤的挥发成分、增大粉煤的粒度。在试验条件3中，相对于试验条件1仅使粉煤比+10kg/t-p，其结果是通气性稍微变差，但在稳定操作的允许范围内。在试验条件4～6中，相对于试验条件3，仅将粉煤的挥发成分、粉煤的粒度及送风温度中各1个项目向降低燃烧效率的方向操作，即，使得送风温度降低、粉煤的挥发成分减少、粉煤的粒度变小。其结果是，对于试验条件4～6而言，虽然通气性稍有变差，但在稳定操作的允许范围内。

在试验条件7～9中，相对于试验条件3，在块状焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为88％的条件下，组合粉煤的挥发成分、粉煤的粒度、送风温度中的2个项目向燃烧效率降低的方向调整。其结果是，对于该试验条件7～9而言，虽然通气性有一些变差，但在稳定操作的允许范围内。可以认为这是由于焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)增大的影响。即，可以认为由于块状焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)提高，因此抑制了炉内的焦炭粉堆积，并没有过多降低通气性。在试验条件10～12中，相对于试验条件3，将焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)降低至85.5％，并进一步组合粉煤的挥发成分、粉煤的粒度、送风温度中的2个项目向燃烧效率降低的方向调整。其结果是通气性大幅变差，虽然焦炭比增加了，但导致了难以稳定操作的情况。可认为这是由于，如上所述焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)降低，因此焦炭粉的炉内堆积情况变差而导致的。

接着，在以下的表2、表3所示的操作试验中均使用双重管喷枪，从双重管喷枪的内管鼓入粉煤，从内管与外管之间鼓入氧。此时，粉煤与氮等输送气体一起从双重管喷枪的内管输送。需要说明的是，双重管喷枪的鼓入方式也可以与上述相反。另外，也可以使用将单管捆扎而成的管束型喷枪来代替双重管喷枪，在这种情况下，例如，可以从2根单管中的任一根鼓入粉煤，从另一根鼓入氧。无论在哪种情况下，优选在鼓入的粉煤的附近鼓入氧。另外，在使用单管喷枪代替双重管喷枪时，可以将粉煤与氧(及输送气体)混合输送。

如下述表2、表3所示，试验13是以表1的试验条件10为基准，从喷枪将粉煤和氧(输送气体)同时鼓入的高炉操作方法。即，从双重管喷枪的内管将输送气体和粉煤一起鼓入，并且从双重管喷枪的内管与外管之间鼓入含有氧的输送气体(N₂+O₂)。其结果是，对于双重管喷枪而言，仅仅使用于鼓入氧和粉煤的输送气体中的氧浓度为50体积％时，通气性的改善效果不足。相对于表1的试验条件10～12，试验条件14～16中来自双重管喷枪的输送气体中的氧浓度为60体积％，确认了通气性的改善效果，能够稳定操作。另外，相对于试验条件10～12，试验条件17～19中来自双重管喷枪的粉煤输送用的输送气体中的氧浓度为70体积％，与试验条件14～16相比，确认了通气性的进一步改善效果，即使与试验条件1相比也确认了通气性的改善。另外，相对于试验条件1，试验20采用的是从喷枪将粉煤和氧一起鼓入的高炉操作，与上述同样地从双重管喷枪的内侧管同时鼓入输送气体和粉煤，从内管与外管之间鼓入氧(输送气体)。由表2所示的结果可知，通过提高粉煤的燃烧效率，能够改善粉煤比，使良好通气性条件下的焦炭比大幅降低。在试验条件21～23中，相对于试验条件14～16，使焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)从85.5％降至84.5％。其结果是，与试验条件14～16同样，由于将上述输送气体中的氧浓度设为60体积％，因此通气性变差。

另外，如表3所示，在试验条件24～26中，相对于试验条件21～23，通过将上述输送气体中的氧浓度设为70体积％，改善了通气性。即，意味着即使在焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)降至84.5％的条件下，通过增大输送气体的氧浓度，也能够改善粉煤的燃烧性，可以进行稳定操作。

另外，在试验条件27～29中，相对于试验条件24～26，使焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)从84.5％降至82.5％。在该例(试验条件27～29)中，与试验条件24～26同样，由于将来自双重管喷枪的粉煤用输送气体中的氧浓度设为70体积％，因此通气性大幅变差。相比之下，试验条件30～32与试验条件27～29相比，通过将输送气体的氧浓度提高至80体积％，改善了通气性。如上所述，即使在焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)降低至82.5％的条件下，也能够通过提高喷枪内的粉煤的输送气体的氧浓度，改善粉煤的燃烧性，从而稳定地进行高炉操作。

如上所述，对于本发明的高炉操作方法而言，即使在燃烧效率降低的操作条件下，只要使用本发明方法，也能够改善粉煤的燃烧效率，并且可以提高生产率、降低CO₂的排放，所述燃烧效率降低的操作条件是指从炉顶装入的块状焦炭的焦炭强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)较低(≤87％)、且从喷枪鼓入的粉煤的粒度、挥发成分(-74μM≤60质量％、挥发成分≥25质量％)较低、而且送风温度(≤1100℃)较低。另外，确认了在高炉操作条件不变时，通过进行上述高炉操作，可以提高操作的自由度。

需要说明的是，在本发明中更优选以下条件。首先，优选使用粉煤的平均挥发成分为5质量％以上的粉煤。其理由如下：如果粉煤的平均挥发成分小于5质量％，则煤较硬而难以粉碎，从而使成本增高。

从炉顶装入的上述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)优选为78％以上。其理由如下：如果该块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)小于78％，则煤未充分地收缩，成为未干馏的焦炭，是导致炼焦炉损坏的原因。

粒径74μm以下的粉煤的重量比率优选为30％以上。其理由如下：如果粒径74μm以下的粉煤的重量比率小于30％，则粉煤的升温较慢，难以着火，因此燃烧性急剧降低。

送风温度优选为900℃以上。其理由如下：热风炉的砖是配合900～1200℃而设计的，如果送风温度小于900℃，则会产生热风炉的砖的损耗。

每1吨生铁的粉煤鼓入量为300kg/t-p以下。其理由如下：如果粉煤的鼓入量超过300kg/t-p，则会导致燃烧性大幅降低引起的焦炭置换率降低，并且在操作上，为了保持风口处温度(理论燃烧温度)，而使氧浓度、送风温度大幅增加或者使送风湿度大幅降低等对于设备能力而言是难以调节的。该粉煤鼓入量更优选的上限值是250kg/t-p以下。

Claims (7)

1.一种高炉操作方法，该方法是经由喷枪从送风风口向高炉内以150kg/t-p以上的鼓入量进行粉煤鼓入的高炉的操作方法，该方法包括：

在下述a、b、c这3个条件中的2个以上条件下进行操作时，经由喷枪向所述炉内鼓入粉煤并同时鼓入氧，并且在此时使用氧浓度为60体积％～97体积％的气体作为该粉煤的鼓入用输送气体，

a、从炉顶装入的块状焦炭的JIS-K2151中规定的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为87％以下，

b、从风口鼓入的粉煤中粒径74μm以下者的重量比率为60质量％以下，且该粉煤的平均挥发成分为25质量％以下，

c、从风口鼓入的送风温度为1100℃以下。

2.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其中，所述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为85％以下时，使用氧浓度为70体积％～97体积％的气体作为所述输送气体。

3.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其中，所述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为83％以下时，使用氧浓度为80体积％～97体积％的输送气体作为所述输送气体。

4.根据权利要求1所述的高炉操作方法，其中，所述块状焦炭的强度(DI¹⁵⁰ ₁₅)为78％以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高炉操作方法，其中，粒径为74μm以下的粉煤的重量比率为30质量％以上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的高炉操作方法，其中，所述送风温度为900℃以上。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的高炉操作方法，其中，所述粉煤的鼓入量为300kg/t-p以下。