JP6176362B2 - Blast furnace operation method - Google Patents
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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 for operating a blast furnace in which pulverized coal is blown from a blast furnace tuyere and the combustion temperature is raised to improve productivity and reduce exhaust CO 2 .
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 emissions has become a problem, and the suppression of emitted 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. This leads to a reduction in total CO 2 emissions. 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 Patent Document 1, when the lance is a single pipe, a mixture of oxygen and pulverized coal is blown from the lance, and when the lance is a double pipe, fine powder is injected from the inner pipe of the double pipe lance. It has also been proposed to blow charcoal and blow oxygen from between the inner and outer tubes of the double tube lance. Moreover, in the following patent document 2, when the combustion efficiency decreases when the pulverized coal ratio is 150 kg / tp or more during the production reduction operation with a yield ratio of 1.8 or less, pulverized coal with a volatile content of 28 mass% or more is used. While being used, 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.
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 patent document 1, the pulverized coal has a volatile matter content of 25 mass% or less and a pulverized coal ratio of 150 kg / tp or more. It is a technique that can improve combustion efficiency by supplying charcoal and oxygen and setting the oxygen concentration in the lance to 70 vol% or more, thereby improving the air permeability in the furnace. However, regarding the combustion efficiency, even if it is pulverized coal having the same volatile content of 25 mass% or less, depending on the particle size or the blowing temperature, even if the oxygen concentration in the lance is set to 70 vol% or more, the combustion efficiency does not increase or vice versa. In addition, it has been found that the combustion efficiency may be maintained even if the oxygen concentration in the lance is not set to 70 vol% or more. Further, regarding the air permeability in the furnace, it has been found that even if the combustion efficiency of pulverized coal is somewhat reduced, if the strength of the coke is large, the influence on the air permeability in the furnace may be small. Therefore, although Patent Document 1 is an excellent technique, the effect cannot be exhibited depending on the properties of pulverized coal and coke and the blowing conditions, or conversely, the effect is excessive, so high pressure oxygen is prepared in the lance. Considering the cost, it can be assumed that it leads to loss.
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 also desired that the pulverized coal ratio be 170 kg / tp or more, but the high pulverized coal ratio is 170 kg / tp or more. In the charcoal ratio, as described in Patent Document 1, even if pulverized coal is simply blown from the inner pipe of the double pipe lance and oxygen is blown from between the inner pipe and the outer pipe, the combustion temperature is saturated. The combustion efficiency does not increase. In addition, since a large amount of hot air of 1000 to 1200 ° C. is blown into the tuyere, for example, the blowing lance inserted into the tuyere may be exposed to high temperatures, as described in Patent Document 1 described above. In addition, it is impractical to supply a single-pipe lance with a mixture of high-concentration oxygen and pulverized coal in terms of safety.
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。
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。
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, there may be a case where the combustion efficiency improvement effect is insufficient.
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. It is an object of the present invention to provide a blast furnace operating method capable of improving the performance and reducing 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を吹込み、他方のランスから易燃性ガスを吹込み、前記微粉炭と共に吹き込まれる支燃性ガス濃度を、前記支燃性ガスと微粉炭とを吹込むランスから搬送されるガス中濃度として50vol%以上とする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 is blown together with pulverized coal from one lance. The flammable gas is blown from the other lance and the flammable gas concentration blown together with the pulverized coal is 50 vo as the concentration in the gas conveyed from the lance blowing the flammable gas and pulverized coal. It is characterized in that a higher%.
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300kg/t−pとする。銑鉄1t当たりの微粉炭の吹込み量が300kg/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。好ましくは250kg/t−p以下とする。 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 300 kg / tp. When the amount of pulverized coal injection per 1 ton of pig iron exceeds 300 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. Preferably it is 250 kg / tp or less.
また、前記微粉炭と共に吹込まれる支燃性ガス濃度を、前記支燃性ガスと微粉炭とを吹込むランスから搬送されるガス中濃度として60vol%以上97vol%以下とすることを特徴とするものである。 また、前記2本のランスから吹込まれる主流が互いに衝突することを特徴とするものである。
また、前記コークスの強度がDI 150 15〔%〕85以下である場合、前記微粉炭と共に吹込まれる支燃性ガスの濃度が、前記支燃性ガスと微粉炭とを吹込むランスから搬送されるガス中濃度として70vol%以上97vol%以下であることを特徴とするものである。
また、前記コークスの強度がDI 150 15〔%〕83以下である場合、前記微粉炭と共に吹込まれる支燃性ガスの濃度が、前記支燃性ガスと微粉炭とを吹込むランスから搬送されるガス中濃度として80vol%以上97vol%以下であることを特徴とするものである。
Further, the concentration of the supporting gas that is blown together with the pulverized coal is set to 60 vol% or more and 97 vol% or less as the concentration in the gas conveyed from the lance that blows the supporting gas and the pulverized coal. Is. Further, the mainstreams blown from the two lances collide with each other.
Further, when the strength of the coke is DI 150 15 [%] 85 or less, the concentration of the combustion-supporting gas blown together with the pulverized coal is conveyed from the lance that blows the combustion-supporting gas and pulverized coal. The gas concentration is 70 vol% or more and 97 vol% or less.
Further, when the strength of the coke is DI 150 15 [%] 83 or less, the concentration of the combustion-supporting gas that is blown together with the pulverized coal is conveyed from the lance that blows the combustion-supporting gas and the pulverized coal. The gas concentration is 80 vol% or more and 97 vol% or less.
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 coke strength used. By comprehensively judging, the combustion efficiency of pulverized coal can be set efficiently within the optimum range. As a result, it becomes 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 blast furnace 1, and a
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
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 base condition 1, a coke ratio of 340 kg / tp (-p is omitted in the figure), a pulverized coal ratio of 150 kg / tp, an air blowing temperature of 1100 ° C., a coke strength DI 150 15 [% ] 87, Operation with pulverized coal volatile matter 25 mass%, particle size of 74 μm or less pulverized coal particle size 60 mass%, the air permeability at that time was set to 1.0, and the air permeability when operating conditions were changed to the following relative comparison did. The larger the numerical value, the worse the air permeability. However, until the air permeability was about 1.05, it was an acceptable range for stable operation. In the base conditions, one single tube lance was used per tuyere.
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 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 Base 1, only the pulverized coal ratio was +10 kg / tp. As a result, the air permeability was slightly deteriorated, but it was within the allowable range for stable operation. In the
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 the 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.
以下のケース条件では、何れも、羽口当たり二重管ランス1本と単管ランスを用い、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支燃性ガスとして酸素を吹込み、単管ランスから易燃性ガスとして都市ガスのみを吹込んだ。その際、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。なお、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、二重管ランスに代えて、単管を束ねたランスでもよく、その場合には、例えば2本の単管のうちの何れか一方から微粉炭を吹込み、他方から酸素を吹込むようにすればよい。何れの場合も、吹込まれる微粉炭のすぐ近くに酸素を吹込むのが望ましい。また、二重管ランスに代えて単管ランスを用いる場合には、微粉炭と酸素(と搬送ガス)を混合して搬送するようにしてもよい。また、易燃性ガスには、前述のように、都市ガスの他、LNG、プロパンガス、水素、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスなどを用いることもできる。 In all of the following case conditions, one double-pipe lance per tuyere and a single-pipe lance are used, pulverized coal is blown from the inner pipe of the double-pipe lance, and the combustion-supporting gas is introduced between the inner pipe and the outer pipe. Oxygen was blown in, and city gas was blown in as a flammable gas from a single tube lance. At that time, the pulverized coal is conveyed from the inner pipe of the double pipe lance together with a carrier gas such as nitrogen. The blowing pattern in the double pipe lance may be the reverse of the above. Further, instead of the double pipe lance, a lance in which single pipes are bundled may be used. In that case, for example, pulverized coal is blown from one of two single pipes, and oxygen is blown from the other. That's fine. In either case, it is desirable to blow oxygen in the immediate vicinity of the pulverized coal being blown. When a single pipe lance is used instead of the double pipe lance, pulverized coal and oxygen (and carrier gas) may be mixed and conveyed. Further, as described above, LNG, propane gas, hydrogen, converter gas, blast furnace gas, coke oven gas, and the like can be used as the flammable gas as well as city gas.
次に、表中のランス主流の「衝突」及び「衝突なし」について説明する。前述のように、以下のケース条件では、何れも羽口当たり、二重管ランス1本、単管ランス1本の計2本のランスを用いる。例えば、図2に示すように、2本のランス4を羽口3の中心に対して対称に配置すると、2本のランス4から吹込まれる微粉炭や都市ガスの主要な流れ(主流)が互いに衝突する。ランスの主流とは、ランスから吹込まれる物質が集中して流れる流れを意味し、凡そランスの軸線方向に沿う。このように主流が衝突する2本のランス4のレイアウトとしては、例えば図3に示すように、ランス4の軸線が予め設定された角度で交差するものが挙げられる。一方、図4に示すように、2本のランス4の軸線が互いに異なる平行な2つの平面上に存在する場合、ランス4の主流は互いに衝突しない。図4のようなランス4のレイアウトを偏芯状態ともいう。ランスの主流が衝突しない2本のランス4のレイアウトとしては、例えば図5に示すように、ランス4の軸線が平行でなく、且つ交差しない、所謂捻れの位置にあるものが挙げられる。本実施形態では、このように羽口3当たりの2本のランス4の配置を調整して、ランス4の主流が衝突したり、衝突しなかったりという状況を作った。
Next, “impact” and “no collision” in the lance mainstream in the table will be described. As described above, in the following case conditions, a total of two lances are used per tuyere, one double pipe lance and one single pipe lance. For example, as shown in FIG. 2, when two
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、二重管ランスの内側管から搬送ガスと共に微粉炭を吹込み、且つ二重管ランスの内側管と外側管の間から酸素を吹込み、単管ランスから都市ガスのみを吹込み、2本のランスの主流を互いに衝突させた。但し、都市ガス比を5kg/t−p、二重管ランス、つまり酸素と微粉炭を吹込むランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を50vol%としただけでは、通気性改善効果が不十分であった。つまり、ケース1の条件では、微粉炭の燃焼効率改善効果が不足したものと考えられる。なお、都市ガス比とは、銑鉄1t当たりの都市ガス吹込み量を意味する。ケース2は、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を60vol%としながら、2本のランスの主流が衝突しないケースである。この場合、ケース1よりも通気性が改善したものの、ランスの主流が衝突しないため、都市ガス燃焼による微粉炭昇温効果が減少し、燃焼率上昇効果が不足したものと考えられる。 Case 1 applies the blast furnace operating method of the present embodiment in which oxygen is blown together with pulverized coal from the lance to the conditions of the base 10. That is, pulverized coal is blown together with the carrier gas from the inner pipe of the double pipe lance, oxygen is blown from between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe lance, and only city gas is blown from the single pipe lance. The mainstream of book lances collided with each other. However, if the city gas ratio is 5 kg / tp and the lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double-pipe lance, that is, the lance blowing oxygen and pulverized coal, is set to 50 vol%, the effect of improving the air permeability is not achieved. It was enough. That is, it is considered that the effect of improving the combustion efficiency of pulverized coal is insufficient under the conditions of Case 1. The city gas ratio means the amount of city gas blown per ton of pig iron. Case 2 is a case where the mainstreams of the two lances do not collide while the lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double pipe lance is 60 vol%. In this case, although the air permeability is improved as compared with Case 1, the mainstream of the lance does not collide, so the effect of raising the pulverized coal temperature by the city gas combustion is reduced and the effect of increasing the combustion rate is considered to be insufficient.
これらに対し、ケース3〜5は、夫々、ベース10〜12に対して、都市ガス比を5kg/t−p、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を60vol%とし、且つ2本のランスの主流を衝突させたものであり、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6〜8は、夫々、ベース10〜12に対して、都市ガス比を5kg/t−p、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を70vol%とし、且つ2本のランスの主流を衝突させたものであり、ケース3〜5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9は、ベース1条件に対して、1本の二重管ランスから前記と同様に微粉炭と共に酸素を吹込み、他の1本のランスから都市ガスのみを吹込み、且つ2本のランスの主流を衝突させる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 3 to 5 have a city gas ratio of 5 kg / tp and a lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double pipe lance of 60 vol% with respect to the bases 10 to 12, respectively. The mainstream of the two lances collided, and the effect of improving air permeability was confirmed, enabling stable operation. Cases 6 to 8 each have a city gas ratio of 5 kg / tp and a lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double pipe lance of 70 vol% with respect to the bases 10 to 12, and two of them. Compared with cases 3 to 5, a further air permeability improvement effect was confirmed, and even when compared with the base 1 condition, the air permeability was improved. Further, in the case 9, the base 1 condition is blown with oxygen from one double pipe lance together with pulverized coal in the same manner as described above, and only the city gas is blown from the other one lance. This is an application of the blast furnace operating method of the present embodiment in which the mainstream of the lance collides. As is apparent from the table, the pulverized coal ratio can be increased by the effect of improving the combustion efficiency of the pulverized coal, and the coke ratio can be significantly reduced under good air permeability conditions.
ケース10〜12では、ケース3〜5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10〜12では、ケース3〜5と同様に、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を60vol%に設定したため、通気性が悪化した。これに対し、ケース13〜15では、ケース10〜12に対して、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を70vol%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。更に、ケース16〜18では、ケース13〜15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16〜18では、ケース13〜15と同様に、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を70vol%としたため、通気性が大幅に悪化した。これに対し、ケース19〜21では、ケース16〜18に対して、二重管ランスから搬送されるガス中のランス酸素濃度を80vol%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 10 to 12, the coke strength DI 150 15 [%] decreased from 85.5 to 84.5 as compared to cases 3 to 5. In Cases 10 to 12, as in Cases 3 to 5, the lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double-pipe lance was set to 60 vol%, so the air permeability deteriorated. On the other hand, in the cases 13 to 15, the air permeability was improved by setting the lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double-pipe lance to 70 vol% as compared with the cases 10 to 12. That is, even under the condition where the coke strength DI 150 15 [%] was decreased to 84.5, the pulverized coal combustibility was improved by increasing the lance oxygen concentration, and stable operation was possible. Further, in the cases 16 to 18, the coke strength DI 150 15 [%] was significantly reduced from 84.5 to 82.5 compared to the cases 13 to 15 . In Cases 16 to 18, as in Cases 13 to 15, the lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double-pipe lance was set to 70 vol%, so the air permeability was greatly deteriorated. On the other hand, in the cases 19 to 21, the air permeability was improved by setting the lance oxygen concentration in the gas conveyed from the double-pipe lance to 80 vol% with respect to the cases 16 to 18. Thus, even under the condition where the coke strength DI 150 15 [%] was reduced to 82.5, the pulverized coal combustibility was improved and the stable operation was possible by increasing the lance oxygen concentration.
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 CO 2 emission. 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
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