CN107083461B - 高炉的操作方法以及铁水的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高炉的操作方法以及铁水的制造方法。本发明提供高炉的操作方法，其具有：第1工序，边监视炉顶温度Ttop边调整焦炭的装入量；第2工序，边监视炉内空塔气速u和炉顶温度Ttop边调整粉煤的吹送量；第3工序，边监视风口的燃烧温度Tf和炉顶温度Ttop边调整富氧空气的富氧率；以及第4工序，根据炉内空塔气速u的值来判断是否需要调整富氧空气的吹送量。

Description

高炉的操作方法以及铁水的制造方法
本申请是申请日为2013年12月4日、申请号为201380059105.8、发明名称为“高炉的操作方法以及铁水的制造方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及高炉的操作方法以及铁水的制造方法。
背景技术
高炉中，使用焦炭等将铁矿石等氧化铁原料还原来制造铁水。一般而言，高炉的操作中，从稳定操作和设备方面制约的观点出发，需要将高炉的炉顶温度和风口附近的温度控制在规定的温度范围。以往，从节省资源等的观点出发，为了抑制焦炭的用量，提出了向高炉内吹送粉煤的技术。
例如，专利文献1着眼于风口前的循环区内的燃烧温度，提出了在粉煤吹送量固定的操作下将废料或还原铁等金属铁装入高炉内，由此降低焦比。另外，使用高炉制造铁水的情况下，要求充分利用高炉的能力，提升高炉的每单位容积的铁水的制造量。作为表示这种生铁的制造量的指标，采用了出铁比。专利文献1中记载了出铁比达到2.19～2.40吨/天/m3。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-234213号公报
发明内容
发明要解决的问题
高炉的操作被要求进一步的效率化，要求相比以往进一步提高出铁比、提升生产率。增加出铁比有两种方法。一种有效的方法是增加向高炉吹送的富氧空气。然而，增加空气和氧气等的吹送量时，在炉内上升的气速变大。其结果，在高炉内变得容易发生结瘤、崩料和流化，担心给高炉的稳定操作带来障碍。因此，空气的吹送量的增加有限度。另一种方法是提高空气中含有的氧气浓度的方法。将富氧空气中的氧气浓度与大气中的氧气浓度之差称为富氧率。只要增加富氧率，就能够增加向炉内吹送的氧气量却不使空气的吹送量增加。其结果，能够维持着高炉操作的稳定性地提高出铁比。
富氧空气的富氧率过度变高时，富氧空气中含有的氮气等非活性气体的量相对地变少，非活性气体产生的显热减少。其结果，高炉内的温度下降。炉内温度下降时，铁矿石等氧化铁原料的还原变得不充分，担心高炉的稳定操作会受损。另外，与此同时，高炉的炉顶温度下降。炉顶温度下降时，锌等金属在高炉上部析出，担心给高炉的稳定操作带来障碍。
此外，高炉的操作中，要求削减焦炭的用量，由此削减操作成本以及削减温室效应气体的排出。焦炭在高炉内起着氧化铁原料的还原剂的作用，并且与空气中的氧气反应而产生还原所需的热。由风口吹送的粉煤代替这种焦炭的功能。因此，通过使粉煤的吹送量增加，能够削减焦炭的用量。
本发明是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比的高炉的操作方法。另外，本发明的目的在于提供能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比的铁水的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等为了探索能够增加出铁比的运转状态，对于高炉的操作状态进行了各种研究。结果发现，通过在装入部分还原铁的同时调整富氧率、粉煤的吹送量和焦炭的装入量，能够维持高炉的稳定操作并增加出铁比，从而完成了本发明。
即，本发明提供一种高炉的操作方法，在由高炉的炉顶装入氧化铁原料、焦炭和部分还原铁的同时，由高炉的风口吹送粉煤和富氧空气，将氧化铁原料还原而得到铁水，所述方法具有：第1工序，边监视炉顶温度Ttop处于规定的温度范围边调整焦炭的装入量；第2工序，边监视炉内空塔气速u和炉顶温度Ttop处于规定的范围边调整粉煤的吹送量；第3工序，边监视风口的燃烧温度Tf和炉顶温度Ttop处于规定的范围边调整富氧空气的富氧率；以及第4工序，根据炉内空塔气速u的值来判断是否需要调整富氧空气的吹送量。
若采用上述的操作方法，则能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比。另外，与此同时，还能够削减焦炭的用量。即，由高炉的炉顶装入部分还原铁作为原料的一部分时，氧化铁的还原反应所需的热量减少，因此炉内的温度上升、炉顶温度Ttop上升。其结果，与不装入部分还原铁的情况相比，能够将炉顶温度Ttop维持在适应范围地进一步提高富氧率，能够提高出铁比。另外，由于氧化铁的还原反应所需的热量减少，能够削减作为热源的焦炭的用量。
使富氧率增加时，风口的燃烧温度Tf上升。风口的燃烧温度Tf上升时，氧化铁原料、焦炭中含有的SiO2主体的灰分在风口前挥发，然后在上部的填充层部分析出而填埋空隙，结果炉内的透气性有变差的倾向。因此，例如使粉煤的吹送量增加对于抑制风口的燃烧温度Tf的上升来说有效。如此，通过使粉煤的吹送量增加，粉煤的热解需要的热量消耗量增大，能够抑制风口的燃烧温度Tf的上升。
另一方面，使粉煤的吹送量增加时，在炉内产生的气体量变大、炉内空塔气速u变大，容易发生结瘤、崩料或流化等现象。因此，使粉煤的吹送量增加时，优选调整高炉的操作状态而不使这些现象发生。本发明中，装入部分还原铁作为原料的一部分的情况下，在调整焦炭的装入量、富氧空气的富氧率和粉煤的吹送量的同时，判断是否需要调整富氧空气的吹送量。由此，与不进行这样的调整和判断的情况相比，在使富氧率增加而提高出铁比的同时，可以削减焦炭的用量。
调整富氧空气的富氧率的情况下，可以根据风口的燃烧温度Tf和炉顶温度Ttop是否处于规定的范围的判断结果来调整粉煤的吹送量。由此，即使富氧率变化，仍能够将风口的燃烧温度Tf和炉顶温度Ttop维持在优选的范围。因此，即使相比以往提高了富氧率，仍能够维持稳定操作。
另外，粉煤的吹送量增加时，炉内空塔气速变高，有容易发生结瘤、崩料或流化的倾向。为了避免这种现象，可以根据炉内空塔气速是否处于规定的范围的判断结果来调整焦炭的装入量和/或富氧空气的吹送量。由此，能够维持高炉的稳定操作并提高出铁比。另外，还可以降低焦比、减低原料成本。
在增加部分还原铁的装入量时，第1工序中，可以在炉顶温度Ttop满足下述式(1)的范围内使焦炭的装入量减少。由此，可以维持高炉的稳定运转，并且削减焦炭的用量。
Ttop≥Ttopmin (1)
在此，式(1)中，Ttopmin表示于120℃以下的范围内设定的任意温度。
第2工序中，可以在炉内空塔气速u和炉顶温度Ttop分别满足下述式(2)和式(3)的范围内使粉煤的吹送量增加。
u≤umax (2)
Ttop≤Ttopmax (3)
在此，式(2)中，umax表示于100～150m/秒的范围内设定的任意流速。式(3)中，Ttopmax表示于180℃以上的范围内设定的任意温度。
第3工序中，可以在燃烧温度Tf和炉顶温度Ttop满足下述式(4)和上述式(1)的范围内使富氧率增加。
Tf≤Tfmax (4)
在此，式(4)中，Tfmax表示于2300℃以上的范围内设定的任意温度。
第4工序中，判断炉内空塔气速u是否满足上述式(2)，不满足上述式(2)时，可以使富氧空气的吹送量减少以使炉内空塔气速u满足上述式(2)。可以使高炉的操作充分稳定并进一步提高出铁比。
通过例如按照该顺序进行第1工序、第2工序、第3工序和第4工序，可以避免风口的燃烧温度Tf过度上升和炉顶温度Ttop过度下降，充分维持高炉的稳定操作。另外，可以避免炉内空塔气速u过度变高，并且实现焦比的减低和富氧空气的流量的增加，因此能够以高水准地兼顾焦比的减低和出铁比的提升。
在第4工序之后，炉内空塔气速u满足下述式(7)的情况下或者炉顶温度Ttop满足下述式(8)的情况下，可以根据需要进行以下的操作。即，可以使富氧空气的吹送量增加，此后反复进行第1工序、第2工序、第3工序和第4工序。由此，可以充分利用高炉的装置能力，进一步提高出铁比。
u＜umax (7)
Ttop＞Ttopmin (8)
第2工序中，可以以每吨铁水超过130kg的范围调整粉煤的吹送量。通过以该范围吹送粉煤，可以维持高炉的稳定操作并进一步提高出铁比。
关于部分还原铁的装入量，可以在每吨铁水100～600kg的范围内调整，也可以在每吨铁水100～300kg的范围内调整。通过以该范围装入部分还原铁，可以维持高炉的稳定操作并进一步提高出铁比。
第3工序中，可以在超过8％且16％以下的范围内调整富氧率。通过使富氧率为该范围，可以维持高炉的稳定操作并进一步提高出铁比。
本发明还提供一种高炉的操作方法，制造在由高炉的炉顶装入氧化铁原料、焦炭和部分还原铁的同时，由高炉的风口吹送粉煤和富氧空气，将氧化铁原料还原而得到铁水，其中，在将富氧空气的富氧率记作x(％)以及将每吨铁水的粉煤的吹送量记作y(kg/吨)时，x和y满足下述式(9)和(10)。
25x-175＜y＜31x+31 (9)
y＞130 (10)
本发明的高炉的操作方法中，装入部分还原铁并提高粉煤的吹送量以超过130kg/吨。因此，可以降低焦比、增加富氧空气的吹送量。使该粉煤的吹送量符合富氧率且为规定的范围、即在满足式(9)的范围内。因此，可以稳定地持续高炉的操作。
部分还原铁的含碳率为例如2.3～5.9质量％。由此，可以减低高炉的燃料比。相对于要装入高炉内的部分还原铁的整体，粒径小于5mm的部分还原铁的比例可以为10质量％以下。要装入高炉内的部分还原铁的抗碎强度为30kg/cm2以上即可。采用这些条件可以以更高的水准持续稳定操作。
本发明中还提供通过上述的高炉的操作方法制造铁水的铁水制造方法。如果采用这种铁水的制造方法，则可以维持高炉的稳定操作并以高的出铁比制造铁水。
发明的效果
如果采用本发明，则可以提供能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比的高炉的操作方法。另外，如果采用本发明，则可以提供能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比的铁水的制造方法。
附图说明
图1所示为应用本发明的高炉的操作方法的高炉的一例的示意图。
图2是测定部分还原铁的抗碎强度的测定装置的正视图。
图3所示为本发明的高炉的操作方法的实施方式的流程图。
图4所示为本发明的实施例1～6和比较例1～3的富氧率与粉煤比的关系图。
图5所示为以比较例4为基准时的、实施例7～9和比较例5～7的出铁比的增加率和焦比的削减率与金属铁的含有率的关系图。
具体实施方式
以下根据情况，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。需要说明的是，各附图中，对于同一或同等的要素赋予同一标记、省略重复的说明。
图1所示为应用本实施方式的高炉的操作方法的高炉的一例的示意图。原料由高炉100的炉顶部10装入到高炉100的炉内。原料包含氧化铁原料、焦炭和部分还原铁。原料也可以根据需要而包含石灰石等。作为氧化铁原料，可以使用源自于铁矿石的块矿、烧结矿和球团矿等、除了部分还原铁以外的各种氧化铁原料。
部分还原铁是将氧化铁部分还原而得到的。部分还原铁的金属化率是部分还原铁中含有的金属铁分的重量比率。金属化率可以使用下述式子来计算。部分还原铁中的金属铁分(M.Fe)和总铁分(T.Fe)可以采用通常的定量分析而求出。
金属化率(％)＝[(部分还原铁中的金属铁分)/(部分还原铁中的总铁分)]×100
本实施方式的部分还原铁的金属化率例如可以为50～94％、也可以为65～85％。金属化率变得过低时，高炉100中部分还原铁的还原反应增加，炉内温度有下降的倾向以及焦比有上升的倾向。另一方面，金属化率变得过高时，由于制造部分还原铁过程中的预还原耗时，所以原料成本有上升的倾向。
作为部分还原铁，例如，可以采用利用包含氢气和/或一氧化碳的还原性气体将氧化铁直接还原的部分还原铁。部分还原铁也可以进行热成形而成块化。将其称为HBI(热压铁块、Hot Briquette Iron)。由直接还原铁设备制造的部分还原铁容易在保管和运输中再度氧化。这是由于部分还原铁中含有的铁与空气中的氧气反应而结为一体所致的。
另一方面，部分还原铁中含有的铁(Fe)以碳化铁(FexC、x＝2～3)形式存在时，可以抑制部分还原铁的再度氧化。例如，部分还原铁中的铁(Fe)的半数以Fe3C形式存在时，可以充分抑制部分还原铁的再度氧化。关于此时的部分还原铁中的含碳率，金属化率94％的情况为约2.3质量％。另一方面，关于部分还原铁中的铁(Fe)的总量以Fe3C形式存在时的部分还原铁的含碳率，金属化率94％的情况为约4.6质量％。
例如，部分还原铁中的铁(Fe)的总量以Fe2C形式存在时，关于部分还原铁的含碳率，金属化率94％的情况为约5.9质量％。因此，部分还原铁的含碳率可以为2.3～5.9质量％。部分还原铁的含碳率低于2.3质量％时，FexC的含量变少，有容易再度氧化的倾向。部分还原铁的含碳率超过5.6质量％时，游离碳量增加而有部分还原铁的强度下降的倾向。含碳率为2.3～5.9质量％的部分还原铁具有足够的强度并且碳化铁(FexC)的含量高，因此可以充分抑制再度氧化。因此，可以不将部分还原铁成形地作为高炉100装入用的原料使用。由此，不需要用于成形为HBI的设备，可以削减设备费和设备的维护费用。
部分还原铁的含碳率例如可以基于JIS 1211-2(铁和钢-碳定量方法-第2部：燃烧-气体容量法)来测定。
作为原料，将含碳的部分还原铁装入高炉100内时，部分还原铁中的碳在高炉100内作为还原剂起作用。由此，可以减低高炉100的燃料比。作为将部分还原铁中的铁(Fe)变成碳化铁(FexC)的方法，可列举出例如使用包含甲烷(CH4)的还原性气体将氧化铁还原的方法。该方法中，可以通过式(I)的反应使FexC生成。FexC的含有率可以通过控制式(I)、(II)的反应速度来调整。例如，可以通过改变还原性气体中的水分含有率来调整式(II)的甲烷的改性反应的速度，从而调整式(I)的反应速度。
xFe+CH4→FexC+2H2 (I)
CH4+H2O→CO+3H2 (II)
上式(I)中，x的数值是2.5～3。
未成块化的部分还原铁与成块化的部分还原铁(HBI)相比，有粒径小、强度也低的倾向。另一方面，从进一步提升操作的稳定性的观点出发，高炉100中使用的氧化铁原料优选具有规定的粒径和强度。根据高炉100的操作的模拟结果，相对于要装入高炉100内的氧化铁原料的整体，粒径小于5mm的氧化铁原料的比例为10质量％以下即可。通过使用具有这种粒度分布的氧化铁原料，高炉100内的透气性变得良好，因而可以进一步提升操作的稳定性。考虑到这样的情况，对于要装入高炉100内的部分还原铁，也与氧化铁原料同样地，相对于要装入高炉100内的部分还原铁的整体，可以使粒径小于5mm的部分还原铁的比例为10质量％以下。
本说明书中的氧化铁原料和部分还原铁的粒径可以基于JIS M 8700：2013的“粒度分析”来测定。即，可以使用口径5mm的筛进行筛分，相对于试样整体的、过筛的试样的质量比例以粒径小于5mm的试样的比例方式求出。
另一方面，在装入高炉100前，要装入高炉100内的部分还原铁等原料受到由传送带的交接部落下产生的冲击。从充分抑制该冲击造成的破碎的观点出发，部分还原铁可以具有30kg/cm2以上的抗碎强度。该强度充分大于部分还原铁在高炉100内受到的应力的最大值。因此，要装入高炉100的部分还原铁的抗碎强度为30kg/cm2以上即可。部分还原铁的抗碎强度可以通过调整部分还原铁的含碳率而为30kg/cm2以上。部分还原铁的含碳率可以通过控制还原气体中的水分含有率来调整。
本说明书中的抗碎强度使用图2所示的测定装置60按照以下的步骤来测定。关于图2的测定装置60，在载置于加压压力可计测的油压千斤顶62上的活动板64之上配置作为测定对象的试样66。然后，通过将油压千斤顶62的圆筒向上方抽出，使活动板64向上方移动。由此，试样66被夹在活动板64与固定于活动板64的上方的固定板68之间。试样66被施加负重而最终破坏。根据破坏时的负重求出抗碎强度。
由设置在高炉100的下部的风口12向炉内吹送富氧空气作为热风。富氧空气可以将空气和氧气混合而得到。富氧率可以通过改变空气和氧气的混合比率来调整。粉煤与富氧空气一起由风口12被吹送到高炉100内。
高炉100中，通过将氧化铁原料和部分还原铁还原而得到铁水。铁水由出铁口14排出到炉外。通过将如此操作得到的铁水冷却而得到生铁。如果采用本实施方式的高炉的操作方法，则可以使出铁比例如为2.51～3.65吨/天/m3、更具体地为3～3.65吨/天/m3。出铁比是每天且高炉100的内部容积每1m3得到的铁水的重量(吨)。高炉100的内部容积例如为1500～3000m3。
图3所示为本实施方式的高炉的操作方法的步骤的流程图。图3中，Ttop和Tf分别表示高炉100的炉顶的气体温度(炉顶温度)和风口12的燃烧温度。高炉100中，Ttop＜Tf的关系成立，Tf通常是高炉100的炉内的最高温度。Tf通常为2200～2400℃。从以更高的水准兼顾高炉100的稳定操作和高的出铁比的观点出发，Tf的上限(Tfmax)例如可以设定为2300℃以上、也可以设定在2300～2400℃之间。
Ttop通常是高炉100的炉内的最低温度。Ttop例如为100～200℃。在炉内上部，从将氧化铁原料适度地还原而使高炉100的操作稳定化的观点出发，需要使Ttop为规定的温度范围。Ttop的上限(Ttopmax)可以设定为180℃以上、也可以设定在180～200℃之间。Ttop的下限(Ttopmin)可以设定在120℃以下、也可以设定在100℃～120℃之间。
图3中，x是富氧空气的富氧率(单位：％)。PC是由风口12吹送的每吨铁水的粉煤的吹送量(单位：kg/吨)。CR是焦比(每吨铁水所要装入焦炭的重量、单位：kg/吨)。从减低原料成本的观点出发，优选减小焦比。
图3中，BV是由风口12导入到炉内的富氧空气的流量(单位：Nm3/分钟)。u是炉内空塔气速(单位：m/秒)。u可以通过以下的式子求出。
u(m/秒)＝炉内气体的体积流量(m3/秒)/高炉100的腹部的截面积(m2)
从使炉内的高炉100内的还原反应顺利地进行的观点出发，u例如为100～150m/秒。u的上限(umax)是在高炉内不发生结瘤、崩料和流化的最大炉内空塔气速，通常为100～150m/秒左右。umax可以设定在例如140～150m/秒之间。
基于图3的流程图，详细地说明高炉的操作方法。首先，由高炉100的炉顶将氧化铁原料和焦炭连同部分还原铁装入。每吨铁水例如装入氧化铁原料1100～1600kg、焦炭200～400kg、部分还原铁100～600kg。通过以这样的质量比装入氧化铁原料、焦炭和部分还原铁，可以减低原料成本并进行更稳定的操作。
部分还原铁的装入量为每吨铁水例如100～600kg、也可以为100～300kg。通过以这样的范围装入部分还原铁，可以减低原料成本并充分提高出铁比。要装入高炉100内的部分还原铁中含有的金属铁的含有率为例如75～79质量％。
开始装入部分还原铁或者增加部分还原铁的装入量时，可以根据部分还原铁的装入量的增加而减少氧化铁的装入量。随着氧化铁的装入量的减少，氧化铁的还原反应量减少，还原反应所需的热量剩余。由此，高炉100的炉内的温度上升，此时Ttop也上升。其结果，减低CR变得可能。因此，边以Ttop总是满足下述式(1)地监视，边使CR少量减少(S1、第1工序)。例如，可以使CR每吨铁水减少1kg。此处所述的“监视”是指例如下述的状态：经常或随时测定Ttop的值，当要脱离由式(1)表示的目标范围时，进行某些处置。例如，当Ttop要脱离目标范围时，可以中止或停止减少CR的操作。后述的各温度和速度的“监视”的意思也相同。
Ttop≥Ttopmin (1)
第1工序中使CR减少时，在炉内空塔气速u减少的同时，高炉100的炉内的温度下降、Ttop下降。因此，边以u和Ttop满足下述式(2)和式(3)地监视，边使PC增加(S2、第2工序)。优选使PC一点点地增加。此操作中，可以使PC每吨铁水增加1kg。
u≤umax (2)
Ttop≤Ttopmax (3)
第2工序中使PC增加时，有Tf下降、Ttop上升的倾向，因此使富氧空气的富氧率x增加变得可能。因此，使富氧率x增加(S3)。然后，判断是否满足Tf＝Tfmax(S4)。不满足Tf＝Tfmax的情况下，判断是否满足Ttop＝Ttopmin(S5)。如此，边以Tf和Ttop满足下述式(4)和上述式(1)地监视，边使富氧空气的富氧率x增加直至判断Tf＝Tfmax和/或Ttop＝Ttopmin为止(第3工序)。
第3工序中，优选使富氧率x一点点地增加。可以使富氧率x例如每0.1％地增加。富氧率x为例如6％以上、为超过8％且16％以下即可。本说明书中的富氧率x是标准状态(25℃、105Pa)下的富氧空气与大气的氧气浓度(体积基准)之差。需要说明的是，图3中顺序如下，于S4判断不满足Tf＝Tfmax之后，于S5判断是否满足Ttop＝Ttopmin。然而，不特别限定于该顺序。例如也可以为，先判断不满足Ttop＝Ttopmin，然后判断是否满足Tf＝Tfmax。
Tf≤Tfmax (4)
第3工序中使富氧率x增加时，在Tf的上升和Ttop的下降的同时，u增加。因此，判断u是否满足上述式(2)(S6)。由此，判断是否需要调整富氧空气的吹送量。判断u不满足上述式(2)的情况下，使富氧空气的吹送量BV减少(S7)。如此操作，进行调整使得u满足上述式(2)(第4工序)。
接着，判断是否满足Ttop＝Ttopmax(S8)。不满足Ttop＝Ttopmax的情况下，判断是否满足u＝umax(S9)。于S9判断不满足u＝umax的情况下，再次进行上述的第2工序、第3工序和第4工序。如此操作，反复进行上述的第2工序、第3工序和第4工序的各工序、使PC增加直至u＝umax和/或Ttop＝Ttopmax为止。其结果，可以在PC增加的同时，也使富氧率x增加。富氧率x为6％以上即可，可以为超过8％且16％以下。富氧率x增加时，富氧空气中的氧气的比例增加。由此，在高炉100的炉内每单位时间进行的反应量增加、出铁比上升。
反复进行第2工序、第3工序和第4工序的各工序使PC增加时，u也有增加的倾向。然而，第4工序结束后，S8中判定Ttop＝Ttopmax时，判断u是否满足下述式(7)(S10)。于S10判定u满足下述式(7)时，使富氧空气的吹送量BV增加直至u＝umax为止(S11)。由此，可以进行调整使得u＝umax(第5工序)。
u＜umax (7)
此后，若想要能够进一步削减CR，可以反复进行第1工序、第2工序、第3工序和第4工序的一连串工序，或者可以反复进行在这些工序基础上进一步加入第5工序的一连串工序。另一方面，S9中判定满足u＝umax时，进一步判断Ttop是否满足Ttop＝Ttopmin(S12)。其结果，S9和S12中，判定满足u＝umax和Ttop＝Ttopmin这两者时，结束图3所示流程图的步骤。由此，可以使出铁比为最大值。
需要说明的是，S10中判定u满足上述式(7)时，于S11使BV增加直至u＝umax为止之后，根据高炉100内的温度(炉况)的状况，有时难以减少CR。这种情况或者CR的值已达到目标值的情况下，可以于S11使BV增加之后结束一连串工序。
粉煤在高炉100的炉内起到还原剂的作用，可以代替焦炭。因此，使PC增加时，使CR进一步减少变得可能。CR优选进行调整以便能够确保维持氧化铁的还原量和高炉100的炉内的温度所需的焦炭量。上述的第4工序后，判定u满足上述式(7)的情况和/或Ttop满足下述式(8)的情况下，可以进一步削减CR。
Ttop＞Ttopmin (8)
上述的第1工序、第2工序、第3工序、第4工序和第5工序的各工序可以反复进行直至Ttop满足Ttop＝Ttopmin且u满足u＝umax为止。或者，上述的第1工序、第2工序、第3工序、第4工序和第5工序的各工序可以反复进行直至判断不能进一步削减CR为止。
如果采用由上述步骤确定的CR、PC、x和BV操作高炉100，可以以稳定的操作状态充分提高出铁比，并且削减焦比。
通过进行图3的流程图所示的工序，可以以如下的条件操作高炉100。即，在将富氧空气的富氧率记作x(％)以及将每吨铁水的粉煤的吹送量(简称为“粉煤比”)记作y(kg/吨)时，x和y满足下述式(9)和(10)。
25x-175＜y＜31x+31 (9)
y＞130 (10)
粉煤比y为“25x-175”以下时，发生Ttop变低的现象或者Tf变高的现象，变得难以持续高炉的稳定操作。另一方面，粉煤比y为“31x+31”以上时，发生Ttop变高的现象、u上升的现象和/或空气比下降等的现象。其结果，变得难以持续高炉的稳定操作。
从在减低焦比的同时提升出铁比的观点出发，粉煤比y例如为超过130kg/吨的范围，也可以为超过175kg/吨的范围。从持续更稳定的操作的观点出发，粉煤比y可以为250kg/吨以下。从进一步提高出铁比的观点出发，富氧率x可以例如为6％以上、也可以为超过8％的范围。另外，从减低氧气成本的观点出发，富氧率x例如为16％以下。
从进一步提高出铁比的观点出发，向高炉100中的部分还原铁的装入量例如为每吨铁水100kg以上。另一方面，从减低原料成本的观点出发，向高炉100中的部分还原铁的装入量例如为每吨铁水600kg以下。
如上所述，通过进行高炉100的操作方法，可以以高的出铁比制造铁水。因此，本实施方式的高炉的操作方法也可以称之为能够以高的出铁比稳定地制造铁水的铁水制造方法。
以上对于本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不受上述实施方式的任何限定。例如，S1～S5的各工序也不一定需要反复进行、可以只进行一次。另外，S1～S5的各工序可以连续地进行、也可以间歇地进行。
实施例
以下，使用实施例和比较例更详细地说明本发明的内容。但是，本发明完全不限定于以下的实施例。
(实施例1)
在图1所示的高炉(内部容积：1600m3)内装入氧化铁原料和焦炭的同时，由风口吹送富氧空气和粉煤，进行铁水的制造。然后，装入100kg/吨的部分还原铁(金属化率：82％、含碳率：3.5％)，进行图3所示的操作，求出高炉能够稳定操作的运转条件。将其结果标示在图4中。对于实施例1，图4中标示的多种运转条件中，以富氧率x：13.2％、粉煤比y：238kg/吨的运转条件能够使出铁比为2.87吨/天/m3。
(实施例2)
除了使部分还原铁的装入量为200kg/吨以外，与实施例1同样地操作，求出高炉能够稳定操作的运转条件。将其结果标示在图4中。对于实施例2，图4中标示的多种运转条件中，以富氧率x：16％、粉煤比y：237kg/吨的运转条件能够使出铁比为2.94吨/天/m3。
(实施例3)
除了使部分还原铁的装入量为300kg/吨以外，与实施例1同样地操作，求出高炉能够稳定操作的运转条件。将其结果标示在图4中。对于实施例3，图4中标示的多种运转条件中，以富氧率x：16％、粉煤比y：225kg/吨的运转条件能够使出铁比为3.09吨/天/m3。
(实施例4)
除了使部分还原铁的装入量为400kg/吨以外，与实施例1同样地操作，求出高炉能够稳定操作的运转条件。将其结果标示在图4中。对于实施例4，图4中标示的多种运转条件中，以富氧率x：14％、粉煤比y：210kg/吨的运转条件能够使出铁比为3.25吨/天/m3。
(实施例5)
除了使部分还原铁的装入量为500kg/吨以外，与实施例1同样地操作，求出高炉能够稳定操作的运转条件。将其结果标示在图4中。对于实施例5，图4中标示的多种运转条件中，以富氧率x：14％、粉煤比y：198kg/吨的运转条件能够使出铁比为3.44吨/天/m3。
(实施例6)
除了使部分还原铁的装入量为600kg/吨以外，与实施例1同样地操作，求出高炉能够稳定操作的运转条件。将其结果标示在图4中。对于实施例6，图4中标示的多种运转条件中，以富氧率x：14％、粉煤比y：190kg/吨的运转条件能够使出铁比为3.63吨/天/m3。
(比较例1)
使部分还原铁的装入量为400kg/吨，不进行图3所示的操作，将粉煤比和富氧率维持在恒定值，进行高炉的操作。虽然能够以富氧率x为3.2％～7.8％的范围稳定地运转，但出铁比为2.19～2.38吨/天/m3。
(比较例2)
在图1所示的高炉(内部容积：1600m3)内装入氧化铁原料和焦炭的同时，由风口吹送富氧空气和粉煤，进行铁水的制造。然后，在装入与实施例1中使用的相同的部分还原铁的同时，调整富氧率和粉煤比而进行运转。比较例2中，将富氧率x和粉煤比y调整为图4中标示的值，尝试图3所示流程图表示的步骤。然而，炉顶温度(Ttop)、炉内空塔气速(u)、风口的燃烧温度(Tf)或空气比偏离为了持续稳定操作的范围，不能稳定操作。需要说明的是，比较例2中，使部分还原铁的装入量为200～600kg/吨。
(比较例3)
除了不装入部分还原铁以外，与实施例1同样地操作，进行高炉的操作。将其结果标示在图4中。虽然可以稳定地进行高炉的操作，但无法提升富氧率。
如图4所示，y＞130且直线A(y＝31x+31)和直线B(y＝25x-175)所包夹的区域中，确认能够持续稳定地运转。y＝130、直线A和直线B均相当于将实施例与比较例分割的边界线。即，在将富氧空气的富氧率记作x(％)以及将粉煤比记作y(kg/吨)时，x和y满足上述式(5)、(6)时，能够稳定地持续高炉的运转。
(比较例4)
在图1所示的高炉(内部容积：1600m3)内装入氧化铁原料和焦炭的同时，由风口吹送富氧空气和粉煤，进行高炉的操作，进行铁水的制造。不装入部分还原铁，使富氧率和粉煤比恒定。将操作条件、以及出铁比和焦比的结果示于表1。
(比较例5～7)
除了按照表1所示的量装入与实施例1中使用的相同的部分还原铁以外，与比较例4同样地操作，进行高炉的操作，进行铁水的制造。富氧率和粉煤比与比较例4同样地设为恒定。将操作条件、以及出铁比和焦比的结果示于表1。
(实施例7～9)
在按照表1所示的量装入与实施例1中使用的相同的部分还原铁的同时，进行图3的流程图所示的步骤。实施该步骤之后的富氧率和粉煤比如表1。将操作条件、以及出铁比和焦比的结果示于表1。
[表1]
比较例4 比较例5 实施例7 比较例6 实施例8 比较例7 实施例9
部分还原铁 kg/吨 0 100 100 200 200 300 300
富氧率 ％ 4.4 4.4 12 4.4 12 4.4 12
粉煤比 kg/吨 126 126 240 126 230 126 220
出铁比 吨/天/m<sup>3</sup> 2.23 2.33 2.75 2.46 2.87 2.59 3.02
焦比 kg/吨 407.2 379.7 278.7 351.2 261.2 322.7 242.7
如表1所示，对于在装入部分还原铁的同时进行图3的流程图所示步骤的实施例7～9，确认了出铁比提升、可以减低焦比。另外，任意实施例均能够持续稳定地运转。
图5是将以比较例4为基准时的、实施例7～9和比较例5～7的出铁比的增加率和焦比的削减率作图而得到的。图5中，实线和虚线的“○”是比较例5～7、“●”是实施例7～9。图5的横轴是相对于氧化铁原料和部分还原铁的合计量的金属铁的含有率(质量基准)。根据图5的结果确认了，金属铁的含有率变高时、即部分还原铁的量变多时，在出铁比增加的同时可以减低焦比。另外确认了，不单只是装入部分还原铁，而且还根据部分还原铁的装入量进行运转调整，由此在使高炉能够稳定运转的同时可以增大出铁比。
产业上的可利用性
如果采用本发明，则可以提供能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比的高炉的操作方法。另外，如果采用本发明，则可以提供能够维持高炉的稳定操作并充分提高出铁比的生铁的制造方法。
附图标记说明
10…炉顶部、12…风口、14…出铁口、60…测定装置、62…油压千斤顶、64…活动板、66…试样、68…固定板、100…高炉。

Claims (10)

1.一种高炉的操作方法，在由高炉的炉顶装入氧化铁原料、焦炭和部分还原铁的同时，由所述高炉的风口吹送粉煤和富氧空气，将所述氧化铁原料还原而得到铁水，其中，
在将所述富氧空气的富氧率记作x(％)以及将每吨铁水的所述粉煤的吹送量记作y(kg/吨)时，x和y满足下述式(1)～(3)，
25x-175＜y＜31x+31 (1)
y≥210 (2)
x≥12 (3)。
2.根据权利要求1中任一项所述的高炉的操作方法，其中，所述部分还原铁的装入量为每吨铁水100～600kg。
3.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，在12％以上且16％以下的范围内调整所述富氧率。
4.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，所述部分还原铁的含碳率为2.3～5.9质量％。
5.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，相对于要装入所述高炉内的所述部分还原铁的整体，粒径小于5mm的部分还原铁的比例为10质量％以下。
6.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，要装入所述高炉内的所述部分还原铁的抗碎强度为30kg/cm2以上。
7.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，y满足下述式(5)，
y≤250 (5)。
8.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，所述方法具有：
第1工序，边监视炉顶温度Ttop处于规定的温度范围边调整所述焦炭的装入量；
第2工序，边监视炉内空塔气速u和炉顶温度Ttop处于规定的温度范围边调整所述粉煤的吹送量；
第3工序，边监视所述风口的燃烧温度Tf和炉顶温度Ttop处于规定的温度范围边调整所述富氧空气的富氧率；以及
第4工序，根据所述炉内空塔气速u的值来判断是否需要调整所述富氧空气的吹送量。
9.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，出铁比为2.51～3.65吨/天/m3，所述出铁比是每天且高炉的内部容积每1m3得到的铁水的重量。
10.一种铁水的制造方法，其通过权利要求1～9中任一项所述的高炉的操作方法制造所述铁水。
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