CN106103746A

CN106103746A - 氧气高炉的操作方法

Info

Publication number: CN106103746A
Application number: CN201580015653.XA
Authority: CN
Inventors: 野内泰平; 高桥功; 高桥功一; 照井光辉; 佐藤道贵; 吉冈绚
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: JPWO2015146872A1; EP3124626A4; KR20160120334A; EP3124626A1; JP6229863B2; EP3124626B1; CN106103746B; WO2015146872A1

Abstract

本发明提出能够在与以往相比削减CO₂排出量的情况下实现风口前燃烧区域的低温化的氧气高炉的操作方法。在从风口至少吹入纯氧、从炉顶产生氮气少的高炉煤气的氧气高炉的操作方法中，与纯氧从所述风口的吹入一起，从该风口吹入烃与氢气的体积百分率之和为50％以上的风口吹入气体，由此使风口前的燃烧区域的温度降低。

Description

氧气高炉的操作方法

技术领域

本发明涉及从风口供给纯氧、从炉顶产生氮气少的高炉煤气的氧气高炉的操作方法。

背景技术

近年来，以地球环境问题为背景，在炼铁厂也强烈要求节能、节约资源、抑制二氧化碳(CO₂)产生。为此，在最近的高炉操作中大力推进低还原材料比(低RAR)操作。

一般的高炉从风口吹入热风，作为用于得到该热风的热源，使用将由高炉、焦炉、转炉等产生的气体混合而得到的混合气体(M气体)。这种情况下，高炉内的还原材料比仅降低相当于热风所具有的热量的部分。现有的高炉中所使用的还原材料主要使用以碳作为主要成分的化石燃料，因此，也可以说热风送风抑制了该化石燃料的使用量、CO₂产生量。

以往，提出了并非是上述热风炉而是通过从风口吹入常温的纯氧来制造铁水的氧气高炉(参考专利文献1)。对于该氧气高炉而言，目的在于产生实质上不含氮气的高炉煤气并回收而将其作为合成化学工业用气体使用。但是，在该氧气高炉中，从风口吹入纯氧而使其与焦炭反应，因此，存在风口前的温度变得异常高温这样的技术问题。

因此，在氧气高炉的操作中，需要将风口前的燃烧区域(回旋区)的温度(风口前温度)控制为适当的温度。关于这一点，在专利文献1中记载了通过从风口吹入含有CO₂的炉顶气体而控制为规定的温度范围的方法。另外，该专利文献1还提出了从风口吹入H₂O或CO₂的方法。此外，作为其他方法，还提出了从风口吹入重油的技术(参考专利文献2)。

此外，在专利文献3中提出了一种煤的干馏气化方法，其中，向风口吹入由焦炉产生的C气体进行脱硫，从而进行改质。但是，它们是与风口前温度的控制没有关系的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-159104号公报

专利文献2：日本特开昭63-171807号公报

专利文献3：日本特开昭61-14290号公报

专利文献4：日本特开昭61-124510号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如专利文献1的技术所公开的那样，对于从风口吹入纯氧来代替热风的类型的氧气高炉而言，具有风口前温度变得极高温的特征，需要使风口前的温度良好地降低而进行操作。关于这一点，对于现有的从风口吹入热风的一般的高炉而言，风口前不会异常高温化，这是氧气高炉所特有的技术问题。

在专利文献1所公开的技术中，采用了如下方法：与常温纯氧一起，从风口吹入H₂O、CO₂，引起下述吸热反应而使风口前的温度降低。此时的反应是燃烧(氧化)的逆反应(还原)的吸热反应，能够降低异常高温化的风口前的温度。另一方面，下述(1)式和(2)式的反应在风口前(回旋区)消耗固体碳，因此焦炭使用量增加。作为其结果，存在如下问题：在氧气高炉中引起化石燃料使用量的增加和CO₂产生量的增加。

H₂O+C→H₂+CO (1)

CO₂+C→2CO (2)

在专利文献2所公开的技术中，从风口吹入重油并通过重油的热分解进行风口冷却，因此，能够在不增加焦炭消耗量的情况下使氧气高炉的风口前温度降低。另一方面，如专利文献4所公开的那样，利用重油的风口冷却方法中，以液滴的方式吹入，因此，在煤粉的大量吹入操作时产生煤，容易产生因未燃烧引起的效果的降低、煤堵塞炉内填充层而漏气的现象。

本发明的目的在于消除现有技术所存在的上述问题，提出能够在与以往相比削减CO₂排出量的情况下实现风口前的燃烧区域的低温化的氧气高炉的操作方法。

另外，本发明的另一目的在于提出能够避免在重油的使用中成为问题的煤的产生、能够实现纯氧从风口的稳定吹入的氧气高炉的操作方法。

用于解决问题的方法

用于实现上述目的而开发的本发明是一种氧气高炉的操作方法，其是从风口至少吹入纯氧、从炉顶产生氮气少的高炉煤气的氧气高炉的操作方法，其特征在于，与纯氧从上述风口的吹入一起，从该风口吹入烃与氢气的体积百分率之和为50％以上的风口吹入气体，由此使风口前的燃烧区域的温度降低。

需要说明的是，在如上所述构成的本发明的氧气高炉的操作方法中，认为如下操作是更优选的解决方法：

(1)作为上述风口吹入气体，使用天然气、丙烷气、焦炉煤气(C气体)或生物气；

(2)作为上述风口吹入气体，使用高炉煤气与焦炉煤气的混合气体。

发明效果

根据本发明的氧气高炉的操作方法，与纯氧从风口的吹入一起，从该风口还吹入烃与氢气的体积百分率之和为50％以上的风口吹入气体，由此能够阻止作为氧气高炉特有的问题的风口前燃烧区域的异常高温而使其低温化。而且，在本发明中，与现有的氧气高炉操作方法中所使用的风口前的低温化方法相比，还具有能够削减CO₂排出量的效果。此外，根据本发明，还能够避免在使用重油这样的液体燃料时成为问题的煤的产生，能够稳定地进行适于调整风口前温度的纯氧的吹入。

附图说明

图1是表示作为本发明的操作方法的对象的氧气高炉及周边设备的构成的一例的图。

图2是表示本发明的氧气高炉的操作方法中使用的风口的构成的一例的图。

图3是表示本发明的实施例和比较例中的高炉中的CO₂排出量的图。

图4是表示本发明中使用的风口吹入气体中的氢气+烃的比率与CO₂排出量的关系的图。

具体实施方式

图1是表示作为本发明的操作方法的对象的氧气高炉及周边设备的一例的图。在图1所示的构成例中，1为氧气高炉，2为将气体进行混合的混合机，3为对气体进行预热而得到预热气体(SGI)的燃烧器，4为使用高炉废气进行发电的发电机，5为制造纯氧的制氧设备，6为用于向氧气高炉1内吹入氧气等的风口。

在图1所示的构成中，与现有高炉相同，在氧气高炉1中，从上部投入矿石和焦炭。另外，从下部的风口6吹入常温的纯氧。纯氧是利用制氧设备5使用深冷分离等分离技术由空气制造的，此时消耗电力。因此使用如下方法：使用作为含有大量CO的燃烧气体的焦炉煤气、高炉煤气或将它们混合而成的气体，利用发电机4进行发电，利用该电力来制造纯氧。另外，从下部的风口6，与纯氧一起，还吹入煤粉、天然气、焦炉煤气等风口吹入气体。

此时，风口6使用如日本特开昭63-171811号公报所记载的风口那样的内置有氧气-煤粉燃烧器的风口，可以从内部的燃烧器吹入煤粉和风口吹入气体、从外部的风口吹入纯氧。此时，可以为在风口内配置一个燃烧器并从燃烧器混合吹入煤粉和风口吹入气体的方法，或者设定为：在风口内配置两个燃烧器，从一个燃烧器吹入煤粉并从另一个燃烧器吹入风口吹入气体。

另一方面，在氧气高炉1中气体流量小，因此会引起炉顶部的温度降低的问题。例如，其炉顶气体的温度为100℃以下时，在炉顶部发生结露而引起操作故障。因此，为了使炉顶的温度保持于100℃以上，如图1所示，可以使用如下方法：使作为含有大量CO的燃烧气体的高炉废气(B气体)的一部分循环，流入至燃烧器3而使其部分燃烧，形成高温的预热气体(SGI)，从高炉炉身部吹入。

需要说明的是，关于风口前温度，优选设定为约2000℃～约2600℃。风口前温度低于2000℃时，如日本特开2003-247008号公报中所述，煤粉的燃烧变得不充分，因此，存在未燃炭增大、高炉内的压损增大的担忧。另一方面，在氧气高炉中，从风口以高流速(100m/s以上)吹入常温的纯氧而不是吹入热风(1000℃以上)，因此，可以得到常温的氧气本身所产生的风口冷却效果。即，如日本特开2003-247008号公报中所述的风口耐火物损伤的担忧小，无需将风口前温度设定为2300℃以下。另一方面，根据日本特开昭58-58207号公报指出，风口前温度超过2600℃时，直接还原比率骤增，因炉内的吸热反应增加而使得炉操作变得困难。鉴于上述情况，风口前温度优选控制为2000℃～2600℃。

如果吹入含有烃或氢气的气体吹入材料，则上述风口前温度发生低温化，因此，为了使风口前温度为适当温度，优选调整气体吹入材料的吹入量。需要说明的是，利用煤粉也可预计到与含有烃或氢气的气体吹入材料类似的风口前温度降低作用，但如果过于大量地吹入，则炉内的压损增大，操作变得不稳定。因此，仅利用煤粉不能使风口前温度低温化至适当的温度。因此，风口前温度的控制(低温化)中，可以使用含有烃或氢气的气体吹入材料。另外，利用重油吹入也能够降低风口前温度，但如上所述，有可能产生煤，因此，不能大量吹入。从该意义而言，通过重油的吹入，难以将氧气高炉的风口前温度充分地低温化。

另外，在本发明中，需要使风口吹入气体中的氢气和烃的合计含量以体积百分率换算计为50％以上。其理由在于，风口吹入气体中的氢气和烃的合计比率低于50％时，风口冷却能力下降，不能充分降低风口前温度。如果氢气和烃的含量低于50％而要使风口前温度降低至适当温度，则需要与氢气或烃一起吹入CO₂、H₂O等氧化物系的风口冷却材料。这些材料因溶损反应而消耗焦炭，因此，结果使得CO₂产生量增大。

实施例

在该实施例中，通过对高炉内的热物质收支进行计算的模拟，对本发明的效果进行了确认。

该实施例是假定出铁比为5、炉内容积为2515mm³、出铁量为12573吨/天的氧气高炉的例子，氧气高炉和周边设备的构成设定为图1的构成。风口使用在风口内置有燃烧器管7的如图2所示的形式。并且，从该燃烧器管7内通过而吹入煤粉和风口吹入气体，并且，从风口与燃烧器管7之间吹入25℃的纯氧。燃烧器管7设定为外径89mm，风口设定为内径140mm。为了防止高炉炉顶的结露，使高炉废气(B气体)中200Nm³/吨进行再循环，利用燃烧器3使其部分燃烧至达到1000℃为止，从而形成预热气体(SGI)，从炉身部吹入。从炉顶装入的矿石是烧结矿为80质量％、块矿为20质量％的混合物，炉身效率假设为94％。将从风口吹入300kg/吨煤粉的条件作为本研究的基础条件。

作为符合本发明的例子(实施例)，考虑了吹入天然气、焦炉煤气(C气体)、丙烷气作为风口吹入气体的条件。另外，作为比较例，设定为从风口吹入高炉煤气、重油、水蒸气作为风口吹入材料的方法。此外，将对氧气高炉的风口仅吹入煤粉的条件和现有的热风高炉的条件也作为比较例。为了对这些风口吹入材料的CO₂排出削减效果进行比较，在以利用风口吹入气体使风口前的温度达到2600℃以下的方式控制吹入量的条件下进行统一，对实施例和比较例的CO₂排出量(kg-CO₂/吨)进行比较。下述表1中示出将风口前温度控制为2600℃以下的条件的实施例、比较例中的风口吹入材料的吹入量、风口吹入气体中的氢气与烃的比率以及风口前温度。

[表1]

注)C气体:焦炉煤气

图3中示出CO₂排出量的评价结果。由图3可知，在现有方法的高炉煤气吹入和水蒸气吹入中，与现有高炉相比，CO₂排出量增大。这是因为，吹入材料本身是CO₂、H₂O这样的氧化物，将它们暂时热分解为CO和H₂时消耗焦炭。另外，现有方法的重油吹入、煤粉吹入与现有高炉相比，CO₂排出量减少，但如上所述，这些吹入方法存在煤的产生、煤粉燃烧率上限的制约，因此难以实施。另一方面，在进行天然气吹入、焦炉煤气吹入、丙烷吹入的实施例(发明例)中，将风口吹入气体中的氢气与烃的体积百分率为50％以上的气体从风口吹入，因此可以确认，能够在使风口前温度降低的同时抑制CO₂排出量。另外，在进行生物气吹入的实施例(发明例)中，生物气中所含的约30％的CO₂热分解成CO和H₂时消耗焦炭，因此会增加与该部分相应的CO₂产生量，但由于生物气是碳中性的，因此，由生物气产生的CO₂无需加以考虑。因此，能够在减少风口前温度的同时抑制CO₂产生量。

假定将高炉煤气与焦炉煤气以不同比率混合的条件，将风口吹入气体中的氢气与烃的体积百分率之和与CO₂排出量的关系示于图4中。对于生物气条件，也一起示出。可知：焦炉煤气的比率越大，则氢气与烃的体积百分率之和越增大，CO₂排出量降低。将其与现有类型高炉的CO₂排出量进行比较，风口吹入气体中的氢气与烃的比率为50％以上时，与现有类型高炉相比，CO₂排出量减少。由此能够确认，可以将氢气与烃的比率设定为50％以下。

产业上的可利用性

依据上述说明的本发明的氧气高炉的操作方法能够在与以往相比削减CO₂排出量的情况下实现风口前燃烧区域的低温化，并且，能够避免在重油的使用中成为问题的煤的产生，进而能够实现纯氧从风口的稳定吹入，因此，能够适合在氧气高炉的操作时应用。

符号说明

1 氧气高炉

2 混合机

3 燃烧器

4 发电机

5 制氧设备

6 风口

7 燃烧器管

Claims

1.一种氧气高炉的操作方法，其是从风口至少吹入纯氧、从炉顶产生氮气少的高炉煤气的氧气高炉的操作方法，其特征在于，与纯氧从所述风口的吹入一起，从该风口吹入烃与氢气的体积百分率之和为50％以上的风口吹入气体，由此使风口前的燃烧区域的温度降低。

2.如权利要求1所述的氧气高炉的操作方法，其特征在于，作为所述风口吹入气体，使用天然气、丙烷气、焦炉煤气(C气体)或生物气。

3.如权利要求1所述的氧气高炉的操作方法，其特征在于，作为所述风口吹入气体，使用高炉煤气与焦炉煤气的混合气体。