JP2015183233A - High furnace operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉羽口から微粉炭を吹込んで燃焼温度を上昇させることにより、生産性の向上及び排出CO2の低減を図る高炉の操業方法に関するものである。 The present invention relates to a method of operating a blast furnace that aims to improve productivity and reduce exhaust CO 2 by blowing pulverized coal from a blast furnace tuyere and raising the combustion temperature.
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出CO2の抑制は重要な課題である。高炉は、主に炉頂から装入するコークス及び羽口から吹込む微粉炭を還元材として使用しており、事前処理により生じる炭酸ガス排出量の差から、できるだけコークスよりも微粉炭を使用することが、トータルとしての排出CO2の抑制につながる。銑鉄1t製造当たりに使用される(羽口から吹込む)微粉炭量を微粉炭比(kg/t−銑鉄、又はkg/t−p)と称するが、例えば下記特許文献1では、微粉炭比が150kg/t−p以上、微粉炭の揮発分が25mass%以下である場合に、微粉炭の燃焼効率が低下する場合、羽口から炉内に微粉炭を吹込むランスに微粉炭と酸素を供給し、ランス中の酸素濃度を70vol%以上とすることで、燃焼効率を向上することができるとしている。また、この特許文献1では、ランスが単管である場合には、酸素と微粉炭の混合物をランスから吹込み、ランスが二重管である場合には、二重管ランスの内側管から微粉炭を吹込み、二重管ランスの内側管と外側管の間から酸素を吹込むことも提案されている。また、下記特許文献2では、出銑比1.8以下の減産操業時に微粉炭比を150kg/t−p以上として、燃焼効率が低下する場合には、揮発分が28mass%以上の微粉炭を使用すると共に、固体熱容量とガス熱容量の比で表される熱流比を0.8以下に制御して微粉炭の効率的な燃焼を維持するとしている。
In recent years, global warming due to an increase in carbon dioxide emission has become a problem, and the suppression of exhausted CO 2 is an important issue even in the steel industry. The blast furnace uses coke mainly charged from the top of the furnace and pulverized coal blown from the tuyere as a reducing material, and uses pulverized coal as much as possible from coke due to the difference in carbon dioxide emissions generated by pretreatment. it leads to the suppression of emissions of CO 2 as a whole. The amount of pulverized coal used per 1 ton of pig iron (injected from the tuyere) is referred to as the pulverized coal ratio (kg / t-pig iron or kg / tp). When the combustion efficiency of pulverized coal is reduced when the volatile content of pulverized coal is 25 mass% or less, the pulverized coal and oxygen are injected into the lance that blows the pulverized coal from the tuyere into the furnace. It is said that combustion efficiency can be improved by supplying the oxygen concentration in the lance to 70 vol% or more. Further, in
高炉での微粉炭の役割は、基本的に熱源や還元材源であり、燃焼性は未燃粉(未燃チャー)の発生量(高炉内への粉投入量)に関連している。高炉内では、C+CO2=2COで表されるソルーションロス反応が起こっており、その反応量は操業によって変化するが、約80〜100kg−C/t−pとされている。この反応で消費されるC源としては、高炉内に装入している塊コークスや鉱石中に混合している小中塊コークス、微粉炭未燃粉が考えられるが、その比表面積(粒径)差から微粉炭未燃粉が優先的に消費されるとされている。つまり、微粉炭の燃焼性が低下した場合は、高炉に投入される未燃粉量が増加し、ソルーションロス反応で優先的に消費される結果、通常消費されるはずの粉コークスが消費しきらずに、炉内に滞留する。この炉内滞留粉コークスが増加すると、空隙率、平均粒径の低下に繋がり、結果として高炉の通気性が悪化すると考えられる。一方で、コークスの炉内発生粉量は、コークスの冷間強度(JIS.K.2151 コークス試験方法に記載されるドラム強度)の影響が大きいため、高炉の通気性を評価するという意味では、微粉炭の燃焼性だけでなく、コークスの性状も同時に調整することが重要であると考えられる。 The role of pulverized coal in the blast furnace is basically a heat source and a reducing material source, and the combustibility is related to the amount of unburned powder (unburned char) generated (the amount of powder charged into the blast furnace). In the blast furnace, a solution loss reaction represented by C + CO 2 = 2CO occurs, and the reaction amount varies depending on the operation, but is about 80 to 100 kg-C / tp. As the C source consumed in this reaction, lump coke charged in the blast furnace, small lump coke mixed in the ore, and pulverized coal unburned powder can be considered. ) It is said that pulverized coal unburned powder is consumed preferentially from the difference. In other words, when the flammability of pulverized coal decreases, the amount of unburned powder charged into the blast furnace increases, and as a result of being consumed preferentially by the solution loss reaction, the powder coke that would normally be consumed cannot be consumed. In the furnace. It is thought that when the retained powder coke in the furnace is increased, the porosity and the average particle diameter are decreased, and as a result, the air permeability of the blast furnace is deteriorated. On the other hand, the amount of coke in-furnace generated powder is greatly influenced by the cold strength of the coke (drum strength described in the JIS K 2151 coke test method). Therefore, in terms of evaluating the air permeability of the blast furnace, It is considered important to adjust not only the combustibility of pulverized coal but also the properties of coke.
前記特許文献1では、微粉炭の揮発分が25mass%以下で微粉炭比150kg/t−p以上のような条件で、微粉炭の燃焼効率が低下するような操業を行う際に、ランスに微粉炭と酸素を供給し、ランス中の酸素濃度を70vol%以上とすることで燃焼効率を向上することができ、炉内の通気性を改善するという技術である。しかしながら、燃焼効率については、同じ揮発分25mass%以下の微粉炭であっても、粒度又は送風温度によっては、ランス中の酸素濃度を70vol%以上としても、燃焼効率が上昇しきらなかったり、逆にランス中の酸素濃度を70vol%以上としなくとも燃焼効率が維持されたりする場合もあることが分かった。また、炉内の通気性に関しても、多少微粉炭の燃焼効率が低下しても、コークスの強度が大きければ、炉内の通気性への影響が小さいこともあることが分かった。そのため、前記特許文献1は優れた技術であるにも関わらず、微粉炭やコークスの性状、送風条件によっては効果を発揮できない、若しくは逆に効果が過剰であるため、ランスに高圧酸素を準備するコストを考えると損失に繋がることも想定される。
In the above-mentioned
また、更なる排出CO2低減が要求されていることから、例えば微粉炭比を170kg/t−p以上とすることも望まれているが、微粉炭比が170kg/t−p以上の高微粉炭比では、前記特許文献1にも記載されるように、単に二重管ランスの内側管から微粉炭を吹込み、内側管と外側管の間から酸素を吹込んでも、燃焼温度が飽和してしまって、燃焼効率が高くならない。また、羽口には、例えば1000〜1200℃の熱風が大量に送風されているため、羽口内に挿入される吹込みランスは高温に晒される恐れがあり、前記特許文献1に記載されるように、単管ランスに高濃度の酸素と微粉炭の混合物を供給するのは、安全面から現実的でない。
Further, since further reduction of exhausted CO 2 is required, for example, it is desired to set the pulverized coal ratio to 170 kg / tp or more, but the high pulverized coal ratio is 170 kg / tp or more. In the charcoal ratio, as described in
また、前記特許文献2では、出銑比1.8以下の減産操業時に微粉炭比150kg/t−p以上として燃焼効率が低下する場合に、揮発分が28mass%以上の微粉炭を使用すると共に、固体熱容量とガス熱容量の比で表される熱流比を0.8以下に制御して微粉炭の効率的な燃焼を維持するとしている。しかしながら、熱流比を下げるために酸素富化2.0以下、好ましくは1.5%に下げるとしており、それは微粉炭の燃焼効率を低下することになることから、送風条件(送風温度)、微粉炭性状(粒度)によっては揮発分を28mass%以上に設定しても、燃焼効率改善効果が足りない場合も想定される。 Moreover, in the said patent document 2, while a combustion efficiency falls as a pulverized coal ratio 150 kg / tp or more at the time of the production reduction operation of the output ratio 1.8 or less, while using pulverized coal whose volatile matter is 28 mass% or more, The heat flow ratio represented by the ratio between the solid heat capacity and the gas heat capacity is controlled to 0.8 or less to maintain efficient combustion of pulverized coal. However, in order to reduce the heat flow ratio, oxygen enrichment is set to 2.0 or less, preferably 1.5%, which lowers the combustion efficiency of pulverized coal. Depending on the charcoal properties (particle size), even if the volatile content is set to 28 mass% or more, it may be assumed that the effect of improving the combustion efficiency is insufficient.
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、微粉炭比が150kg/t−p以上の操業条件であっても、微粉炭の燃焼温度を上昇させることにより、生産性の向上及び排出CO2の低減を可能とする高炉操業方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and even if the pulverized coal ratio is an operation condition of 150 kg / tp or more, it is produced by increasing the combustion temperature of the pulverized coal. An object of the present invention is to provide a blast furnace operating method that can improve the performance and reduce the exhausted CO 2 .
上記課題を解決するために、本発明の高炉操業方法は、銑鉄1t当たりの吹込み量150kg/t−p以上の微粉炭を送風羽口からランスで吹込む高炉操業方法において、炉頂から装入するコークスの強度がJISK2151に記載の試験方法でDI 150 15〔%〕87以下である場合であって、粒径74μm以下の微粉炭の重量比率が60%以下、微粉炭の平均揮発分が25mass%以下、送風温度が1100℃以下の3つの条件のうちの少なくとも2つ以上が満たされた場合に、羽口当たり2本のランスを用い、一方のランスから微粉炭と共に支燃性ガス及び易燃性ガスを吹込み、他方のランスから微粉炭と共に易燃性ガスを吹込むことを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the blast furnace operating method of the present invention is a blast furnace operating method in which pulverized coal with an injection amount of 150 kg / tp or more per 1 ton of pig iron is blown by a lance from a blower tuyere. When the strength of the coke to be added is DI 150 15 [%] 87 or less according to the test method described in JISK2151, the weight ratio of pulverized coal having a particle size of 74 μm or less is 60% or less, and the average volatile content of the pulverized coal is When at least two of the three conditions of 25 mass% or less and the blowing temperature of 1100 ° C. or less are satisfied, two lances are used per tuyere, and flammable gas and facile gas from one lance together with pulverized coal. A flammable gas is blown, and a flammable gas is blown together with pulverized coal from the other lance.
本発明の支燃性ガスとは、少なくとも50vol%以上の酸素濃度を有するガスと定義する。
また、本発明で用いる易燃性ガスとは、文字通り、微粉炭よりも燃焼性のよいガスであり、例えば水素を主要成分として含有する水素、都市ガス、LNG、プロパンガスの他、製鉄所で発生する転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスなどが適用可能である。また、LNGと等価としてシェールガス(shale gas)も利用できる。シェールガスは頁岩(シェール)層から採取される天然ガスであり、従来のガス田ではない場所から生産されることから、非在来型天然ガス資源と呼ばれているものである。都市ガスなどの易燃性ガスは、着火・燃焼が非常に早く、水素含有量が多いものでは燃焼カロリーも高く、また易燃性ガスは、微粉炭と異なり、灰分を含んでいないことも高炉の通気性、熱バランスに対して有利である。
The combustion-supporting gas of the present invention is defined as a gas having an oxygen concentration of at least 50 vol% or more.
In addition, the flammable gas used in the present invention is literally a gas that is more flammable than pulverized coal. For example, in addition to hydrogen containing hydrogen as a main component, city gas, LNG, propane gas, in steelworks The generated converter gas, blast furnace gas, coke oven gas, etc. are applicable. Also, shale gas can be used as equivalent to LNG. Shale gas is a natural gas extracted from the shale layer, and is produced from a place other than the conventional gas field, so it is called an unconventional natural gas resource. Combustible gases such as city gas ignite and burn very quickly, and those with a high hydrogen content have high combustion calories, and unlike pulverized coal, flammable gas does not contain ash. It is advantageous for air permeability and heat balance.
また、微粉炭の平均揮発分の下限値は5mass%とする。微粉炭の平均揮発分が5mass%未満では、石炭が硬く、粉砕が困難である。また、コークス強度の下限値はDI 150 15〔%〕で78とする。コークス強度がDI 150 15〔%〕78未満では、石炭が十分に収縮していないため、コークスが未乾留となり、コークス炉を傷める。また、粒径74μm以下の微粉炭の重量比率の下限値は30%とする。粒径74μm以下の微粉炭の重量比率が30%未満では、微粉炭の昇温が遅く、着火しないため、燃焼性が急激に低下する。また、送風温度の下限値は900℃とする。熱風炉の煉瓦は900〜1200℃で噛み合うように設計されているため、送風温度が900℃未満では、熱風炉の煉瓦の損耗が生じる。また、銑鉄1t当たりの微粉炭の吹込み量の上限値は250kg/t−pとする。銑鉄1t当たりの微粉炭の吹込み量が250kg/t−pを超えると、燃焼性の大幅な低下によるコークスの置換率の低下と、操業的にも、羽口先温度(理論燃焼温度)を維持するために、酸素濃度や送風温度を大幅に増加、若しくは送風湿度の大幅な低下など、設備能力的にも調整が困難となるため、望ましくない。 The lower limit of the average volatile content of pulverized coal is 5 mass%. If the average volatile content of pulverized coal is less than 5 mass%, the coal is hard and difficult to grind. The lower limit of coke strength is set to 78 in DI 150 15 [%]. If the coke strength is less than DI 150 15 [%] 78, the coal is not sufficiently shrunk, so the coke becomes undried and damages the coke oven. The lower limit of the weight ratio of pulverized coal having a particle size of 74 μm or less is 30%. When the weight ratio of the pulverized coal having a particle size of 74 μm or less is less than 30%, the temperature rise of the pulverized coal is slow and does not ignite, so that the combustibility is rapidly lowered. Further, the lower limit value of the blowing temperature is set to 900 ° C. Since the bricks of the hot stove are designed to mesh at 900 to 1200 ° C, if the air temperature is less than 900 ° C, the bricks of the hot stove are worn. The upper limit of the amount of pulverized coal injected per 1 ton of pig iron is 250 kg / tp. When the amount of pulverized coal injection per 1 ton of pig iron exceeds 250 kg / tp, the coke replacement rate decreases due to a significant decrease in combustibility, and the tuyere temperature (theoretical combustion temperature) is maintained in terms of operation. Therefore, it is not desirable because it is difficult to adjust the equipment capacity such as greatly increasing the oxygen concentration and the blowing temperature, or drastically reducing the blowing humidity.
また、前記一方のランスから前記微粉炭と共に吹込まれる支燃性ガスの濃度及び易燃性ガスの濃度が、前記一方のランスで搬送されるガス中の濃度として、夫々、50〜70vol%及び10〜30vol%であり、前記他方のランスから前記微粉炭と共に吹込まれる易燃性ガスの濃度が、前記他方のランスで搬送されるガス中の濃度として60〜97vol%であることを特徴とするものである。 Further, the concentration of the combustion-supporting gas and the concentration of the flammable gas that are blown together with the pulverized coal from the one lance are 50 to 70 vol%, respectively, as the concentration in the gas conveyed by the one lance. It is 10-30 vol%, The density | concentration of the combustible gas injected with the said pulverized coal from said other lance is 60-97 vol% as a density | concentration in the gas conveyed by said other lance, It is characterized by the above-mentioned. To do.
また、前記コークスの強度がDI 150 15〔%〕85以下である場合、前記一方のランスから前記微粉炭と共に吹込まれる支燃性ガスの濃度及び易燃性ガスの濃度が、前記一方のランスで搬送されるガス中の濃度として、夫々、50〜80vol%及び10〜40vol%であり、前記他方のランスから前記微粉炭と共に吹込まれる易燃性ガスの濃度が、前記他方のランスで搬送されるガス中の濃度として70〜97vol%であることを特徴とするものである。 When the strength of the coke is DI 150 15 [%] 85 or less, the concentration of the combustion-supporting gas and the flammable gas that are blown together with the pulverized coal from the one lance are the one lance. Concentrations of the flammable gas that is blown together with the pulverized coal from the other lance are 50-80 vol% and 10-40 vol%, respectively, as the concentrations in the gas conveyed in It is characterized by being 70-97 vol% as a density | concentration in the gas to be performed.
また、前記コークスの強度がDI 150 15〔%〕83以下である場合、前記一方のランスから前記微粉炭と共に吹込まれる支燃性ガスの濃度及び易燃性ガスの濃度が、前記一方のランスで搬送されるガス中の濃度として、夫々、50〜90vol%及び10〜50vol%であり、前記他方のランスから前記微粉炭と共に吹込まれる易燃性ガスの濃度が、前記他方のランスで搬送されるガス中の濃度として80〜97vol%であることを特徴とするものである。 Further, when the strength of the coke is DI 150 15 [%] 83 or less, the concentration of the combustion-supporting gas and the flammable gas that are blown together with the pulverized coal from the one lance are the one lance. Concentrations of the flammable gas blown from the other lance together with the pulverized coal are 50 to 90 vol% and 10 to 50 vol%, respectively. It is characterized by being 80 to 97 vol% as a concentration in the gas to be produced.
なお、本発明における支燃性ガス及び易燃性ガスの吹込み量は、後述するように、微粉炭の燃焼効率が低下する条件に合わせて、高炉の安定操業を図るべく、支燃性ガス及び易燃性ガスの吹込み量を次第に増加し、それに合わせて、微粉炭を搬送するための搬送ガスを減少した結果、得られたものである。 In addition, in order to aim at the stable operation of a blast furnace according to the conditions where the combustion efficiency of pulverized coal falls, the injection amount of the combustion-supporting gas and flammable gas in the present invention will be described later. As a result of gradually increasing the amount of flammable gas blown and reducing the carrier gas for conveying pulverized coal accordingly.
而して、本発明の高炉操業方法によれば、微粉炭の燃焼効率が低下する種々の条件をコークス強度と共に判定しながら、総合的に高炉の通気性の状態を考慮し、必要に応じて微粉炭の燃焼効率を図ることにより、生産性の向上及び排出CO2の低減を効率的に図ることが可能となる。つまり、羽口から吹込む微粉炭の量、微粉炭の性状(粒度、揮発分量)、送風温度から微粉炭の燃焼効率を判定し、通気性については微粉炭の燃焼効率と使用するコークス強度から総合的に判断することで、微粉炭の燃焼効率を最適な範囲に効率的に設定可能とする。その結果、微粉炭の燃焼効率を維持、改善することが可能となり、ひいては高炉の通気性を安定させ、結果的に生産性の向上及び排出CO2の低減を効率的に図ることが可能となるのである。 Thus, according to the blast furnace operating method of the present invention, while considering the various conditions under which the combustion efficiency of pulverized coal decreases together with the coke strength, comprehensively considering the air permeability state of the blast furnace, By improving the combustion efficiency of pulverized coal, it is possible to efficiently improve productivity and reduce exhaust CO 2 . In other words, the combustion efficiency of the pulverized coal is judged from the amount of pulverized coal blown from the tuyere, the properties of the pulverized coal (particle size, volatile content), and the blowing temperature, and the breathability is determined from the combustion efficiency of the pulverized coal and the strength of the coke used. By comprehensively judging, the combustion efficiency of pulverized coal can be set efficiently within the optimum range. As a result, it is possible to maintain and improve the combustion efficiency of pulverized coal, which in turn stabilizes the air permeability of the blast furnace, and as a result, it is possible to efficiently improve productivity and reduce exhaust CO 2. It is.
次に、本発明の高炉操業方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態の高炉操業方法が適用された高炉の全体図である。図に示すように、高炉1の羽口3には、熱風を送風するための送風管2が接続され、この送風管2を貫通してランス4が設置されている。羽口3の熱風送風方向先方のコークス堆積層には、レースウエイ5と呼ばれる燃焼空間が存在し、主として、この燃焼空間で鉄鉱石の還元、即ち造銑が行われる。図では、図示左方の送風管2にランス4が1本だけ挿入されているが、周知のように、炉壁に沿って円周状に配置された送風管2及び羽口3の何れにもランス4を挿入設定することは可能である。また、羽口当たりのランスの数も1本に限定されず、2本以上を挿入することが可能である。また、ランスの形態も、単管ランスをはじめ、二重管ランスや複数のランスを束ねたものも適用可能である。
Next, an embodiment of the blast furnace operating method of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall view of a blast furnace to which the blast furnace operating method of the present embodiment is applied. As shown in the figure, a blast pipe 2 for blowing hot air is connected to the tuyere 3 of the
周知のように、ランス4から羽口3を通過し、レースウエイ5内に吹込まれた微粉炭は、コークスと共に、その揮発分と固定炭素が燃焼し、燃焼しきれずに残った、一般にチャーと呼ばれる炭素と灰分の集合体は、レースウエイから未燃チャー(未燃粉)として排出される。チャーは、主に固定炭素であるので、燃焼反応と共に、炭素溶解反応と呼ばれる反応も生じる。また、ランス4から送風管2内に吹込まれる微粉炭の揮発分が高い場合には、揮発分の増加により、微粉炭の着火が促進され、揮発分の燃焼量増加により微粉炭の昇温速度と最高温度が上昇し、微粉炭の分散性と温度の上昇によりチャーの反応速度が上昇する。このとき、揮発分の気化膨張に伴って微粉炭が分散し、揮発分が燃焼し、この燃焼熱によって微粉炭が急速に加熱、昇温すると考えられ、これにより例えば炉壁に近い位置で微粉炭が燃焼する。また、JISK2151に定めるコークス強度DI 150 15〔%〕については、コークス強度DI 150 15〔%〕が大きいほど、炉内のコークス粉の割合が少なく、例えば炉芯部へのコークス粉の堆積量が小さくなると考えられる。
As is well known, the pulverized coal that has passed through the tuyere 3 from the lance 4 and is blown into the
次に、炉内体積5000m3の高炉で、前述のコークス強度DI 150 15〔%〕、微粉炭量、微粉炭性状(粒度、揮発分)、送風温度を変更し、通気性を評価する操業試験を行った。出銑量は、10000t/日(dと表記することもある)一定となるように送風量を制御し、そのときの通気性を条件毎に比較した。通気性は、周知のように、炉頂部の圧力と送風圧力との圧力差及び送風量から得られる。この試験操業期間では、送風湿分を調整して羽口先温度が一定の範囲になるようにし、溶銑温度は各水準1500℃±10℃の範囲に収まる実績であった。下記表1に示すように、ベース条件1として、コークス比340kg/t−p(図では−pを省略)、微粉炭比150kg/t−p、送風温度1100℃、コークス強度DI 150 15〔%〕87、微粉炭揮発分25mass%、粒径74μm以下の微粉炭粒度60mass%で操業を行い、そのときの通気性を1.0とし、以下に操業条件を変更したときの通気性を相対比較した。通気性は、数値が大きいほど、通気性が悪化するが、通気性が1.05程度までは、安定操業上の許容範囲であった。なお、ベース条件では、全て羽口当たり1本の単管ランスを用いた。
Next, in a blast furnace with a furnace volume of 5000 m 3 , the above-mentioned coke strength DI 150 15 [%], pulverized coal amount, pulverized coal properties (particle size, volatile content), operation temperature to evaluate the air permeability by changing the blowing temperature Went. The amount of air flow was controlled so that the amount of brewing was constant at 10000 t / day (sometimes expressed as d), and the air permeability at that time was compared for each condition. As is well known, the air permeability is obtained from the pressure difference between the pressure at the top of the furnace and the blowing pressure and the blowing amount. During this test operation period, the blast moisture was adjusted so that the tuyere tip temperature was in a certain range, and the hot metal temperature was within a range of 1500 ° C. ± 10 ° C. at each level. As shown in Table 1 below, as a
ベース2は、ベース1に対して、送風温度、微粉炭揮発分、微粉炭粒度を全て燃焼効率が向上する方向に操作した結果、予想通り、コークス比、通気性共に改善した。燃焼効率が向上する方向とは、夫々、送風温度を大きくし、微粉炭揮発分を大きくし、微粉炭粒度を大きくする(粒径74μm以下の微粉炭粒の重量%が微粉炭粒度であるため)ことを意味する。ベース3では、ベース1に対して、微粉炭比のみを+10kg/t−pとした結果、通気性が少し悪化したが、安定操業上の許容範囲に収まった。ベース4〜6では、ベース3に対して、夫々、微粉炭揮発分、微粉炭粒度、送風温度を各1項目のみ、燃焼効率が低下する方向に操作した。燃焼効率が低下する方向とは、夫々、送風温度を小さくし、微粉炭揮発分を小さくし、微粉炭粒度を小さくすることを意味する。その結果、ベース4〜6では、多少、通気性が悪化したものの安定操業上の許容範囲に収まった。
As a result of operating the air temperature, the pulverized coal volatile content, and the pulverized coal particle size in the direction of improving the combustion efficiency, the base 2 improved both the coke ratio and the air permeability as expected. The direction in which the combustion efficiency is improved is that the blast temperature is increased, the pulverized coal volatiles are increased, and the pulverized coal particle size is increased (because the weight percent of the pulverized coal particles having a particle size of 74 μm or less is the pulverized coal particle size). ) Means. In Base 3, as compared with
ベース7〜9では、ベース3に対して、コークス強度DI 150 15〔%〕88という条件で、微粉炭揮発分、微粉炭粒度、送風温度のうちの2項目を組合せて燃焼効率が低下する方向に操作した。その結果、ベース7〜9では、通気性は若干悪化したが、安定操業上の許容範囲に収まった。これは、コークス強度DI 150 15〔%〕を向上した影響と考えられる。即ち、コークス強度DI 150 15〔%〕を向上したため、炉内の粉コークスの堆積が抑制され、通気性をさほど損なわずにすんだものと考えられる。ベース10〜12では、ベース3に対して、コークス強度DI 150 15〔%〕を85.5に低下し、更に微粉炭揮発分、微粉炭粒度、送風温度のうちの2項目を組合せて燃焼効率が低下する方向に操作した。その結果、通気性が大幅に悪化し、コークス比を増加したものの、安定操業が困難な状況となった。これは、前述のように、コークス強度DI 150 15〔%〕を低下したために粉コークスの炉内堆積が悪化したためであると考えられる。 In the bases 7 to 9, the combustion efficiency is lowered by combining two items of the pulverized coal volatile matter, the pulverized coal particle size, and the blowing temperature with respect to the base 3 under the condition of coke strength DI 150 15 [%] 88. Operated. As a result, in the bases 7 to 9, the air permeability was slightly deteriorated, but was within the allowable range for stable operation. This is considered to be an effect of improving the coke strength DI 150 15 [%]. That is, since the coke strength DI 150 15 [%] was improved, the accumulation of the powder coke in the furnace was suppressed, and it is considered that the air permeability was not significantly impaired. In the bases 10 to 12, the coke strength DI 150 15 [%] is reduced to 85.5 compared to the base 3, and further, combustion efficiency is obtained by combining two items of pulverized coal volatile matter, pulverized coal particle size, and blowing temperature. Was operated in the direction of decreasing. As a result, the air permeability was greatly deteriorated and the coke ratio was increased, but stable operation was difficult. As described above, this is considered to be because the coke strength DI 150 15 [%] was reduced and the in-furnace deposition of the fine coke deteriorated.
ベース13は、ベース12に対して、微粉炭吹込みランスを1本から2本にしたものである。ランスを2本とすることで、微粉炭の分散性が改善され、熱風との接触効率が改善した結果、燃焼性が向上するため、ベース12に対しては通気性が改善されている。しかしながら、ベース1と比較すると、通気性は劣り、操業が安定しきらない。ベース14は、ベース13に対して、2本のランスのうちの一本は微粉炭を吹込み、残りの一本から易燃性ガスとして都市ガスを吹込んだものである。2本のランスのうちの1本のランスから都市ガスを吹込むことで、都市ガスの急速燃焼によって微粉炭粒子の昇温が促進され、微粉炭の燃焼性が向上するため、ベース13に対して通気性が改善されている。しかしながら、ベース1と比較すると、依然として通気性は劣り、操業が安定しきらない。
The base 13 has one to two pulverized coal blowing lances with respect to the base 12. By using two lances, the dispersibility of the pulverized coal is improved, and the contact efficiency with hot air is improved. As a result, the combustibility is improved, so that the air permeability is improved with respect to the base 12. However, compared with the
以下のケース条件では、何れも、羽口当たり2本のランスを用い、一方のランスに三重管ランスを用い、他方のランスに二重管ランスを用いた。このうち、一方のランスである三重管ランスでは、三重管ランスの内側管から微粉炭を吹込み、内側管と中間管の間から支燃性ガスとして酸素を吹込み、中間管と外側管の間から易燃性ガスとして都市ガスを吹込んだ。その際、微粉炭は窒素などの搬送ガスと共に三重管ランスの内側管から搬送する。一方、他方のランスである二重管ランスでは、二重管ランスの内側管から微粉炭を吹込み、内側管と外側管の間から易燃性ガスとして都市ガスを吹込んだ。こちらでも、微粉炭は窒素などの搬送ガスと共に二重管ランスの内側管から搬送する。以下、一方のランスである三重管ランスを第1ランス、他方のランスである二重管ランスを第2ランスとも称する。表中の第1ランスのランス酸素濃度は三重管ランスで搬送されるガス中の酸素濃度、第1ランスのランス都市ガス濃度は三重管ランスで搬送されるガス中の都市ガス濃度であり、全てvol%である。同様に、表中の第2ランスのランス都市ガス濃度は二重管ランスで搬送されるガス中の都市ガス濃度であり、単位はvol%である。 In all of the following case conditions, two lances were used per tuyere, a triple pipe lance was used for one lance, and a double pipe lance was used for the other lance. Of these, the triple lance, which is one of the lances, blows pulverized coal from the inner pipe of the triple pipe lance, blows oxygen as a combustion-supporting gas between the inner pipe and the intermediate pipe, City gas was injected as a flammable gas. At that time, the pulverized coal is conveyed from the inner pipe of the triple pipe lance together with a carrier gas such as nitrogen. On the other hand, in the double pipe lance which is the other lance, pulverized coal was blown from the inner pipe of the double pipe lance, and city gas was blown as a flammable gas between the inner pipe and the outer pipe. Here too, the pulverized coal is transported from the inner tube of the double tube lance together with a carrier gas such as nitrogen. Hereinafter, a triple pipe lance which is one lance is also referred to as a first lance, and a double pipe lance which is the other lance is also referred to as a second lance. The lance oxygen concentration of the first lance in the table is the oxygen concentration in the gas carried by the triple pipe lance, and the lance city gas concentration of the first lance is the city gas concentration in the gas carried by the triple pipe lance. vol%. Similarly, the lance city gas concentration of the second lance in the table is the city gas concentration in the gas conveyed by the double pipe lance, and its unit is vol%.
なお、三重管ランスにおける前記の吹込みパターンは一例であり、内側管、内側管と中間管の間、中間管と外側管の間の任意の位置から微粉炭、酸素、都市ガスの夫々を吹込むようにしてもよく、二重管ランスにおける吹込みパターンは、前記と逆であってもよい。また、三重管ランスに代えて、単管を2本以上束ねたランスや二重管ランスでもよく、その場合には、例えば束ねた3本の単管のうちの何れかから微粉炭を吹込み、何れかから易燃性ガスを吹込み、何れかから酸素を吹込むようにすればよい。また、易燃性ガスと微粉炭を予め混合して、2本の単管を束ねたうちの1本の単管、又は二重管ランスの内側管又は内側管と外側管の間から吹き込むようにしてもよい。何れの場合も、吹込まれる微粉炭のすぐ近くに酸素や都市ガスを吹込むのが望ましい。また、二重管ランスに変えて、単管を2本束ねたランスでもよく、その場合には、束ねた2本の単管のうちの何れか一方から微粉炭を吹込み、何れか他方から易燃性ガスを吹込むようにすればよい。 The above-mentioned blowing pattern in the triple pipe lance is an example, and each of pulverized coal, oxygen, and city gas is blown from any position between the inner pipe, the inner pipe and the intermediate pipe, and between the intermediate pipe and the outer pipe. The blowing pattern in the double pipe lance may be the reverse of the above. Further, instead of the triple pipe lance, a lance in which two or more single pipes are bundled or a double pipe lance may be used. In that case, for example, pulverized coal is blown from one of the three bundled single pipes. The flammable gas may be blown from any one and the oxygen may be blown from any. Also, flammable gas and pulverized coal are mixed in advance and blown from one of the two single pipes bundled, or from the inner pipe of the double pipe lance or between the inner pipe and the outer pipe. It may be. In any case, it is desirable to blow oxygen or city gas in the immediate vicinity of the pulverized coal to be blown. Further, instead of the double pipe lance, a lance in which two single pipes are bundled may be used. In that case, pulverized coal is blown from either one of the two bundled single pipes, and from either one of the two pipes. A flammable gas may be blown.
ケース1は、ベース10の条件に対して、ランスから微粉炭と共に酸素や都市ガスを吹込む本実施形態の高炉操業方法を適用したものである。つまり、一方のランスである三重管ランス(第1ランス)の内側管から搬送ガスと共に微粉炭を吹込み、内側管と中間管の間から酸素を吹込み、中間管と外側管の間から都市ガスを吹込むと共に、他方のランスである二重管ランス(第2ランス)の内側管から搬送ガスと共に微粉炭を吹込み、内側管と外側管の間から都市ガスを吹込んだ。但し、三重管ランス(第1ランス)、つまり酸素と都市ガスと微粉炭を吹込むランスで搬送されるガス中のランス酸素濃度を45vol%、同じく三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を8vol%とし、二重管ランス(第2ランス)、つまり都市ガスと微粉炭を吹込むランスで搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を50vol%としただけでは、通気性改善効果が不十分であった。
これに対し、ケース2〜4は、夫々、ベース10〜12に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を55vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を12vol%、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を65vol%としたものであり、通気性改善効果が確認され、安定操業が可能となった。また、ケース5〜7は、夫々、ベース10〜12に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を65vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を18vol%、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を75vol%としたものであり、ケース2〜4に比べて、更なる通気性改善効果が確認され、ベース1条件と比較しても、通気性が改善された。更に、ケース8は、ベース1条件に対して、ケース2〜4と同様の条件で、一方のランスである三重管ランス(第1ランス)の内側管から搬送ガスと共に微粉炭を吹込み、内側管と中間管の間から酸素を吹込み、中間管と外側管の間から都市ガスを吹込むと共に、他方のランスである二重管ランス(第2ランス)の内側管から搬送ガスと共に微粉炭を吹込み、内側管と外側管の間から都市ガスを吹込む本実施形態の高炉操業方法を適用したものである。表から明らかなように、微粉炭の燃焼効率の改善効果で微粉炭比の増加が可能となり、良好な通気性条件でコークス比を大幅に低下することが可能であった。
In contrast, Cases 2 to 4 have a lance oxygen concentration of 55 vol% in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance) with respect to the bases 10 to 12, respectively, and a triple pipe lance (first lance). The concentration of the lance city gas in the gas transported by the lance is 12 vol%, and the concentration of the lance city gas in the gas transported by the double pipe lance (second lance) is 65 vol%. As a result, stable operation became possible. In addition, in
ケース9〜11では、ケース2〜4に対して、コークス強度DI 150 15〔%〕を85.5から84.5に低下した。このケース9〜11では、ケース2〜4と同様に、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を55vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を12vol%、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を65vol%に設定したため、通気性が悪化した。これに対し、ケース12〜14では、ケース9〜11に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を65vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を18vol%、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を75vol%としたことにより、通気性が改善した。即ち、コークス強度DI 150 15〔%〕を84.5に低下した条件下でも、ランス酸素濃度及びランス都市ガス濃度を大きくすることによって微粉炭の燃焼性を改善して安定操業が可能であった。 In cases 9 to 11, the coke strength DI 150 15 [%] was reduced from 85.5 to 84.5 as compared to cases 2 to 4. In Cases 9 to 11, as in Cases 2 to 4, the lance oxygen concentration in the gas carried by the triple pipe lance (first lance) is 55 vol%, and the gas carried by the triple pipe lance (first lance). Since the lance city gas concentration in the inside was set to 12 vol% and the lance city gas concentration in the gas conveyed by the double pipe lance (second lance) was set to 65 vol%, the air permeability deteriorated. On the other hand, in cases 12 to 14, lance oxygen concentration in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance) is 65 vol%, and the triple pipe lance (first lance) conveys the cases 9 to 11. The air permeability was improved by setting the lance city gas concentration in the gas to be 18 vol% and the lance city gas concentration in the gas conveyed by the double pipe lance (second lance) to 75 vol%. That is, even under the condition where the coke strength DI 150 15 [%] was reduced to 84.5, the pulverized coal combustibility was improved by increasing the lance oxygen concentration and the lance city gas concentration, and stable operation was possible. .
更に、ケース15〜17では、ケース12〜14に対して、コークス強度DI 150 15〔%〕を84.5から82.5と大幅に低下した。このケース15〜17では、ケース12〜14と同様に、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を65vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を18vol%、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を75vol%としたため、通気性が大幅に悪化した。これに対し、ケース18〜20では、ケース15〜17に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を72vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を24vol%、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を90vol%としたことにより、通気性が改善した。このように、コークス強度DI 150 15〔%〕を82.5に低下した条件下でも、ランス酸素濃度及びランス都市ガス濃度を大きくすることによって微粉炭の燃焼性を改善して安定操業が可能であった。 Further, in the cases 15 to 17, the coke strength DI 150 15 [%] was significantly reduced from 84.5 to 82.5 compared to the cases 12 to 14. In cases 15 to 17, as in cases 12 to 14, the lance oxygen concentration in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance) is 65 vol%, and the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance). Since the concentration of the lance city gas was 18 vol% and the concentration of the lance city gas in the gas conveyed by the double pipe lance (second lance) was 75 vol%, the air permeability was greatly deteriorated. On the other hand, in cases 18 to 20, the lance oxygen concentration in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance) is 72 vol%, and the triple pipe lance (first lance) conveys the cases 15 to 17. The air permeability was improved by setting the lance city gas concentration in the gas to be 24 vol% and the lance city gas concentration in the gas conveyed by the double pipe lance (second lance) to 90 vol%. In this way, even under the condition where the coke strength DI 150 15 [%] is reduced to 82.5, the pulverized coal combustibility is improved by increasing the lance oxygen concentration and lance city gas concentration, and stable operation is possible. there were.
ケース21〜23では、ケース12〜14に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を80vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を15vol%とし、酸素濃度を大幅に増大したため、微粉炭周辺の酸素分圧の増大により、酸素燃焼性が向上した効果で通気性が改善し、ベース1に対しても安定した操業状態であった。また、ケース24〜26では、ケース12〜14に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を50vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を40vol%とし、都市ガス濃度を大幅に増大したため、都市ガスの急速燃焼により微粉炭粒子の昇温が促進され、燃焼性の改善効果によって通気性が改善し、ベース1に対しても安定した操業状態であった。また、ケース27、28では、ケース26に対して、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を85vol%、95vol%と増大したため、都市ガス濃度の増大に伴い、通気性が改善し、安定操業状態であった。但し、高炉の羽口内圧力は400〜430kPa程度であり、ランスから羽口内にガスを吹込むためには、それ以上のガス圧力が必要となる。そのため、ランス酸素濃度を増大するためには、コストの高い高圧酸素が必要であり、また都市ガスも非常にコストが高いため、両者とも効果的に使用する必要がある。
In the cases 21 to 23, the lance oxygen concentration in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance) is 80 vol% and the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance), compared to the cases 12 to 14. Since the lance city gas concentration of 15 vol% and oxygen concentration was greatly increased, the oxygen partial pressure around the pulverized coal increased, resulting in improved oxygen flammability and improved breathability and stability against the
ケース29〜31では、ケース18〜20に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を85vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を13vol%とし、ケース21〜23と同様に、酸素濃度を大幅に増大したため、微粉炭周辺の酸素分圧の増大により、酸素燃焼性が向上した効果で通気性が改善し、ベース1に対しても安定した操業状態であった。また、ケース32〜34では、ケース18〜20に対して、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス酸素濃度を50vol%、三重管ランス(第1ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を48vol%とし、ケース24〜26と同様に、都市ガス濃度を大幅に増大したため、都市ガスの急速燃焼により微粉炭粒子の昇温が促進され、燃焼性の改善効果によって通気性が改善し、ベース1に対しても安定した操業状態であった。また、ケース35、36、37は、ケース20に対して、二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中のランス都市ガス濃度を80vol%、70vol%、65vol%と減少させて吹込んだものであり、都市ガス濃度の減少に伴って通気性が悪化し、操業が不安定化していったため、二重管ランス(第2ランス)から吹込まれるランス都市ガス濃度は、当該二重管ランス(第2ランス)で搬送されるガス中濃度として70vol%以上が望ましい。但し、ケース21〜28と同様に、ランス酸素濃度、ランス都市ガス濃度の増大にはコストがかかるため、両者とも効果的に使用する必要がある。
In cases 29-31, the lance oxygen concentration in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance) is 85 vol% in the gas conveyed by the triple pipe lance (first lance), compared to cases 18-20. Since the lance city gas concentration of 13 vol% and the oxygen concentration was greatly increased as in cases 21 to 23, the oxygen permeability in the vicinity of the pulverized coal was increased, resulting in an improved oxygen flammability and improved air permeability. The operation state was stable with respect to the
このように2本のランス(第1及び第2ランス)から吹込まれるランス酸素濃度もランス都市ガス濃度も可能な範囲で大きい方が微粉炭の燃焼性向上という観点からは望ましいが、ランス中の酸素濃度の上昇については酸素の高圧化に伴うコストがかかり、都市ガス濃度増大には、都市ガス増量が必要であり、単価の高い都市ガスを多量に使用する必要がある。そこで、例えばケース2〜7のように、コークス強度DI 150 15〔%〕が85.5である場合には、一方の三重管ランス(第1ランス)から吹込まれるランス酸素濃度を50〜70vol%、ランス都市ガス濃度を10〜30vol%、他方の二重管ランス(第2ランス)から吹込まれるランス都市ガス濃度を60〜97vol%とすればよい。 As described above, it is desirable that the lance oxygen concentration and the lance city gas concentration blown from the two lances (first and second lances) are as large as possible from the viewpoint of improving pulverized coal combustibility. In order to increase the oxygen concentration, there is a cost associated with increasing the pressure of oxygen. To increase the city gas concentration, it is necessary to increase the city gas, and it is necessary to use a large amount of city gas with a high unit price. Therefore, when the coke strength DI 150 15 [%] is 85.5 as in cases 2 to 7, the lance oxygen concentration blown from one triple pipe lance (first lance) is set to 50 to 70 vol. %, The lance city gas concentration may be 10 to 30 vol%, and the lance city gas concentration blown from the other double pipe lance (second lance) may be 60 to 97 vol%.
このように、本実施形態の高炉操業方法では、コークス強度DI 150 15〔%〕の低下時に、微粉炭の燃焼効率が低下するような操業条件であっても、微粉炭の燃焼効率を効率的に改善することが可能となり、生産の安定性と向上、及び排出CO2の低減が可能な高炉の操業を達成することができる。また、操業条件が一定であれば、本実施形態の高炉操業方法により、大幅な操業諸元の改善が可能であることも確認された。なお、都市ガスの吹込み量に特別な制限はないが、コストに応じて使用量を設定する必要がある。 As described above, in the blast furnace operating method of the present embodiment, the combustion efficiency of the pulverized coal is efficiently improved even under the operating conditions in which the combustion efficiency of the pulverized coal decreases when the coke strength DI 150 15 [%] is reduced. Therefore, it is possible to achieve blast furnace operation capable of stabilizing and improving production and reducing exhaust CO 2 . It was also confirmed that if the operating conditions were constant, the operating specifications could be greatly improved by the blast furnace operating method of the present embodiment. In addition, although there is no special restriction | limiting in the amount of city gas injection, it is necessary to set the usage-amount according to cost.
1は高炉、2は送風管、3は羽口、4はランス、5はレースウエイ 1 is a blast furnace, 2 is an air duct, 3 is a tuyere, 4 is a lance, 5 is a raceway
Claims (4)
When the strength of the coke is DI 150 15 [%] 83 or less, the concentration of the combustion-supporting gas and the flammable gas that are blown together with the pulverized coal from the one lance are conveyed by the one lance. The concentrations of the combustible gas are 50 to 90 vol% and 10 to 50 vol%, respectively, and the concentration of the flammable gas blown together with the pulverized coal from the other lance is conveyed by the other lance. The blast furnace operating method according to claim 1, wherein the concentration in the gas is 80 to 97 vol%.
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