JP6977704B2 - Oxygen blast furnace equipment and operation method of oxygen blast furnace - Google Patents
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Description
本発明は、酸素または酸素富化空気と、気体還元材および/または固体還元材とを羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備および当該酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法に関する。 The present invention is an oxygen blast furnace facility for operating by supplying oxygen or oxygen-enriched air and a gas reducing material and / or a solid reducing material into the blast furnace from a tuyere, and a method for operating an oxygen blast furnace using the oxygen blast furnace facility. Regarding.
酸素高炉は、羽口から酸素または酸素を50体積%以上含む酸素富化空気と、還元材である微粉炭と、を吹き込むことで空気を予熱した熱風送風を行う通常高炉と比較して、高炉内部での鉄鉱石の還元に作用しない炉内の窒素ガス量を低減し、これにより、高炉の生産性の向上を実現している。しかしながら、酸素高炉では羽口から純酸素を吹き込んで炉内滞留コークスと反応させるので、羽口先温度が異常に高温になるという課題がある。このため、酸素高炉の操業では、羽口先温度である羽口先の燃焼領域の温度を通常高炉と同等の2000℃以上2600℃以下程度に制御する必要がある。 The oxygen blast furnace is a blast furnace compared to a normal blast furnace that preheats the air by blowing oxygen or oxygen-enriched air containing 50% by volume or more of oxygen from the tuyere and pulverized coal as a reducing material. The amount of nitrogen gas in the furnace, which does not affect the reduction of iron ore inside, is reduced, which improves the productivity of the blast furnace. However, in an oxygen blast furnace, pure oxygen is blown from the tuyere to react with the coke staying in the furnace, so that there is a problem that the tuyere tip temperature becomes abnormally high. Therefore, in the operation of the oxygen blast furnace, it is necessary to control the temperature of the combustion region of the tuyere tip, which is the tuyere tip temperature, to about 2000 ° C. or higher and 2600 ° C. or lower, which is equivalent to that of a normal blast furnace.
特許文献1には、CO2を含む炉頂ガスを還流させて羽口から純酸素とともに吹き込むことで、羽口先温度を所定の温度範囲に制御する方法が開示されている。また、特許文献1には、羽口から常温の純酸素とともに冷却剤であるH2OまたはCO2を炉内に吹込み、羽口先温度を所定の温度範囲に制御しながら、窒素を含まない高炉ガスを発生させる方法も開示されている。 Patent Document 1 discloses a method of controlling the tuyere tip temperature within a predetermined temperature range by refluxing a furnace top gas containing CO 2 and blowing it together with pure oxygen from the tuyere. In Patent Document 1, while controlling blowing of H 2 O or CO 2 as the cooling agent with pure oxygen at room temperature from the tuyere in the furnace, the tuyere temperature within a predetermined temperature range, does not contain nitrogen A method for generating blast furnace gas is also disclosed.
特許文献2には、純酸素とともに羽口先温度を調整する重質油を羽口から吹き込む酸素高炉の操業方法が開示されている。また、特許文献3には、純酸素の一部に予熱酸素を用いることで、固体還元材である微粉炭の着火性の改善と羽口先温度の調整を両立する酸素高炉の操業方法が開示されている。
羽口先の温度が高温化するのは、酸素高炉に特有の問題であって、例えば、特許文献1では羽口から常温純酸素とともにH2OやCO2を吹き込んだときの吸熱反応を利用して羽口先温度を低下させている。これは、燃焼(酸化)とは逆反応(還元)の吸熱反応を利用して、異常に高温化した羽口先温度を低温化するものである。また、一般的に行われている羽口からの微粉炭吹込みの場合も、高炉でのコークス使用量の低減効果だけでなく、固体還元材としての吸熱反応を利用し、かつ、常温の微粉炭が昇温することにより羽口先温度を低下させている。 The temperature of the tuyere is higher temperatures is a particular problem in the oxygen blast furnace, for example, utilizing the endothermic reaction when blown of H 2 O and CO 2 with room temperature pure oxygen from Patent Document 1, tuyere The temperature of the tuyere is lowered. This is to lower the temperature of the tuyere, which has become abnormally high, by utilizing the endothermic reaction of the reverse reaction (reduction) of combustion (oxidation). Also, in the case of blowing pulverized coal from the tuyere, which is generally performed, not only the effect of reducing the amount of coke used in the blast furnace, but also the endothermic reaction as a solid reducing agent is used, and the pulverized powder at room temperature is used. The temperature of the tuyere is lowered by raising the temperature of the charcoal.
一方で、酸素高炉においても、通常高炉と同様に多くの操業トラブルが発生する可能性がある。例えば、炉頂ガス循環設備が停止した場合、冷却剤であるH2OやCO2が吹込めなくなるので羽口先温度は上昇し、例えば、純酸素とコークスのみの反応では3000℃以上にもなる。また、微粉炭吹込みにおいても、経路内において微粉炭詰りが発生した場合、微粉炭の冷却剤としての機能が低下するので羽口先温度は上昇する。酸素高炉は通常高炉よりも微粉炭の吹込み量が多いので羽口先温度への影響は特に大きくなる。 On the other hand, even in an oxygen blast furnace, many operational troubles may occur as in a normal blast furnace. For example, if the top gas circulation equipment is stopped, tuyere temperature since H 2 O and CO 2 as the cooling agent is not put spray rises, for example, for more than 3000 ° C. In the reaction of only pure oxygen and coke .. Further, even in the case of pulverized coal injection, if pulverized coal is clogged in the path, the function of the pulverized coal as a cooling agent is lowered, so that the tuyere temperature rises. Since the amount of pulverized coal blown into the oxygen blast furnace is larger than that of the normal blast furnace, the influence on the tuyere temperature is particularly large.
羽口先温度が上昇すると、SiO2が還元されSiOガスとなって高炉を上昇し、冷却されて再度SiO2となるときに当該SiO2が高炉内の原料同士を接着する。この接着により高炉内の原料の棚吊が発生しやすくなる。高炉内における原料の棚吊は、酸素高炉の操業を阻害する原因となる。また、羽口先温度が上昇すると、羽口への熱負荷も大きくなる。羽口への熱負荷は、羽口破損の原因となるので、羽口の寿命が短くなると共に、羽口交換作業による高炉操業のダウンタイムの増加に繋がり、生産性を悪化させる。 When tuyere temperature rises, becomes SiO gas SiO 2 is reduced by increasing the blast furnace, the SiO 2 to adhere the material to each other in the blast furnace when the SiO 2 again cooled. This adhesion makes it easier for raw materials to be suspended in the blast furnace. Suspension of raw materials in the blast furnace causes an obstacle to the operation of the oxygen blast furnace. In addition, as the tuyere temperature rises, the heat load on the tuyere also increases. Since the heat load on the tuyere causes damage to the tuyere, the life of the tuyere is shortened, and the downtime of the blast furnace operation due to the tuyere replacement work is increased, which deteriorates the productivity.
一方、羽口への酸素の供給を停止すれば、酸素とコークスとの反応は停止し羽口先温度は低下するが、羽口が閉塞する可能性が高くなる。羽口が閉塞する原因は、通常操業では羽口から酸素(気体)を炉内へ吹き込むことで、吹き込まれた気体がコークスを押しのけて羽口先に空間を形成しているが、酸素が吹き込まれなくなればコークスを押しのけられず、空間の形成が不可能になるからである。また、羽口先の空間が無くなると共に、羽口先温度も低下すると、スラグ固着などにより羽口が閉塞しやすい状態となる。羽口が閉塞すると再送風が困難となるので、酸素高炉では、冷却剤の供給が停止した場合に、羽口閉塞を回避しつつ羽口先温度を制御する設備や、当該設備を用いた酸素高炉の操業方法が求められていた。 On the other hand, if the supply of oxygen to the tuyere is stopped, the reaction between oxygen and coke is stopped and the tuyere tip temperature is lowered, but the tuyere is more likely to be blocked. The cause of the tuyere blockage is that in normal operation, oxygen (gas) is blown into the furnace from the tuyere, and the blown gas pushes the coke away to form a space at the tip of the tuyere, but oxygen is blown in. If it disappears, the coke cannot be pushed away and it becomes impossible to form a space. Further, when the space at the tip of the tuyere disappears and the temperature at the tip of the tuyere decreases, the tuyere tends to be blocked due to slag sticking or the like. If the tuyere is blocked, it becomes difficult to retransmit the wind. Therefore, in an oxygen blast furnace, equipment that controls the tuyere tip temperature while avoiding tuyere blockage when the supply of coolant is stopped, or an oxygen blast furnace using the equipment. There was a need for a method of operation.
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却剤の供給が停止した場合でも羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる、酸素高炉設備および酸素高炉の操業方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is an oxygen blast furnace facility and oxygen capable of avoiding tuyere blockage while suppressing an increase in tuyere tip temperature even when the supply of a coolant is stopped. It is to provide a method of operating a blast furnace.
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
(1)酸素と、気体還元材および/または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、空気の圧力を高める圧縮機と、前記圧縮機によって圧力が高められた高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備と、気体還元材および/または固体還元材の流量を測定する流量計と、前記空気貯蔵設備から前記羽口への前記高圧空気の供給を制御する制御装置と、を有する、酸素高炉設備。
(2)酸素と、気体還元材および/または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、窒素の圧力を高める圧縮機と、前記圧縮機によって圧力が高められた高圧窒素を貯蔵する窒素貯蔵設備と、気体還元材および/または固体還元材の流量を測定する流量計と、前記窒素貯蔵設備から前記羽口への前記高圧窒素の供給を制御する制御装置と、を有する、酸素高炉設備。
(3)(1)に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、前記気体還元材および/または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給する、酸素高炉の操業方法。
(4)(1)に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、前記酸素は、酸素を50体積%以上含む酸素富化空気であり、前記気体還元材および/または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給して酸素を50体積%未満含む酸素富化空気に希釈する、酸素高炉の操業方法。
(5)(2)に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、前記気体還元材および/または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記窒素貯蔵設備から前記羽口に前記高圧窒素を供給する、酸素高炉の操業方法。
The features of the present invention for solving such a problem are as follows.
(1) An oxygen blast furnace facility that operates by supplying oxygen, a gas reducing material, and / or a solid reducing material from a tuyere into the blast furnace, and the pressure is increased by a compressor that increases the air pressure and the compressor. Controls the supply of the high pressure air from the air storage facility to the tuyere, an air storage facility for storing the enhanced high pressure air, a flow meter for measuring the flow rate of the gas reducing material and / or the solid reducing material. Oxygen blast furnace equipment, which has a control device.
(2) An oxygen blast furnace facility that operates by supplying oxygen, a gas reducing material, and / or a solid reducing material from a tuyere into the blast furnace, and the pressure is increased by a compressor that increases the pressure of nitrogen and the compressor. Controls the supply of the high pressure nitrogen from the nitrogen storage facility to the tuyere, a nitrogen storage facility for storing the enhanced high pressure nitrogen, a flow meter for measuring the flow rate of the gas reducing material and / or the solid reducing material. An oxygen blast furnace facility with a control device.
(3) In the method of operating an oxygen blast furnace using the oxygen blast furnace equipment according to (1), the control is performed when the flow rate of the gas reducing agent and / or the solid reducing material becomes equal to or less than a predetermined flow rate. The apparatus is an operating method of an oxygen blast furnace in which the high-pressure air is supplied from the air storage facility to the tuyere.
(4) The method for operating an oxygen blaster using the oxygen blaster facility according to (1), wherein the oxygen is oxygen-enriched air containing 50% by volume or more of oxygen, and is a gas reducing material and / or a solid. When the flow rate of the reducing material becomes equal to or lower than a predetermined flow rate, the control device supplies the high-pressure air from the air storage facility to the tuyere to dilute it with oxygen-enriched air containing less than 50% by volume of oxygen. How to operate an oxygen blast furnace.
(5) In the method of operating an oxygen blast furnace using the oxygen blast furnace equipment according to (2), the control is performed when the flow rate of the gas reducing agent and / or the solid reducing material becomes equal to or less than a predetermined flow rate. The apparatus is an operating method of an oxygen blast furnace in which the high-pressure nitrogen is supplied from the nitrogen storage facility to the tuyere.
本発明の酸素高炉設備を用いることで、冷却剤の供給が停止した場合に羽口閉塞を回避しつつ羽口先温度の上昇を抑制できる。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、冷却剤の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や冷却剤の供給を容易に再開でき、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。 By using the oxygen blast furnace equipment of the present invention, it is possible to suppress an increase in the tuyere temperature while avoiding tuyere blockage when the supply of the cooling agent is stopped. In this way, it is possible to avoid the tuyere blockage while suppressing the rise in the tuyere temperature, so that the supply of oxygen and coolant can be easily resumed after the trouble of stopping the supply of the coolant is resolved, and the oxygen blast furnace can be operated stably. Will be easier to recover.
本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図1は、第1の実施形態に係る酸素高炉設備10を示す模式図である。酸素高炉設備10は、高炉12と、酸素供給設備20と、微粉炭供給設備40と、空気供給設備50とを有する。酸素高炉設備10の高炉12においても、従来の熱風高炉と同じように炉頂から鉄鉱石や焼結鉱とともにコークスが装入される。高炉12の炉下部には羽口設備14が設けられており、当該羽口設備14から熱風に代えて常温の純酸素が高炉12内に供給される。
The present invention will be described through embodiments of the present invention. FIG. 1 is a schematic view showing an oxygen
酸素供給設備20は、常温の酸素を製造し、羽口設備14に酸素を供給する設備である。酸素供給設備20は、酸素製造装置22と、酸素配管24と、酸素圧縮機26と、高圧酸素配管28と、酸素貯蔵設備30と、酸素供給配管32とを有する。図1に示した例において、酸素製造装置22は、深冷分離法によって酸素を製造する設備であり、純酸素を製造する。酸素配管24は、酸素製造装置22と酸素圧縮機26とを接続する配管である。酸素圧縮機26は、酸素製造装置22によって製造された純酸素を圧縮する。本実施形態において、酸素圧縮機26は、純酸素の圧力を0.5MPa以上に圧縮する。
The
酸素貯蔵設備30は、圧縮された純酸素を貯蔵する設備である。このように、圧縮された純酸素を貯蔵する酸素貯蔵設備30を設けることによって、酸素圧縮機26と羽口設備14間における圧縮された酸素の貯蔵量を増やすことができる。このように、圧縮された酸素の貯蔵量を増やすことで、純酸素を高炉に吹き込むことによる圧力低下が抑制されるので安定して高炉12内に純酸素を供給できる。また、酸素貯蔵設備30を設けることで、酸素圧縮機26の装置規模を小さくできる。
The
酸素供給配管32は、酸素貯蔵設備30と羽口設備14とを接続する配管である。圧縮された純酸素は、酸素供給配管32および羽口設備14を経由して高炉12内に供給される。
The
微粉炭供給設備40は、羽口設備14に微粉炭を供給する設備である。微粉炭供給設備40は、微粉炭配管42と微粉炭流量計44とを有する。微粉炭を微粉炭配管42に供給する設備は、一般的な熱風高炉に用いられている設備と同じ設備を用いてよい。本実施形態に係る微粉炭供給設備40では、微粉炭配管42に微粉炭流量計44が設けられている。微粉炭流量計44は、微粉炭配管42を流れる微粉炭の流量を測定する。なお、微粉炭流量計44として、超音波を用いた流量計、マイクロ波を用いた流量計または静電容量2電極方式の微粉炭流量計を用いてよい。なお、微粉炭は、固体還元材の一例であり、微粉炭に代えて、廃プラスチックを用いてもよい。
The pulverized
空気供給設備50は、微粉炭供給設備40から羽口設備14に供給される微粉炭の流量が予め定められた流量よりも少なくなった場合に、羽口設備14に空気を供給する設備である。微粉炭の流量が予め定められた流量よりも少なくなった場合に空気供給設備50から空気を供給することで羽口先温度の上昇を抑制できる。
The
空気供給設備50は、空気圧縮機52と、高圧空気配管54と、空気貯蔵設備56と、空気供給配管58と、制御装置90とを有する。空気圧縮機52は、常温の空気の圧力を高めて高圧空気とする。本実施形態において、空気圧縮機52は、空気の圧力を0.5MPa以上に圧縮させる。
The
高圧空気配管54は、空気圧縮機52と空気貯蔵設備56とを接続する配管である。空気貯蔵設備56は、圧力が高められた高圧空気を貯蔵する設備である。このように、高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備56を設けることによって、空気圧縮機52と羽口設備14間における高圧空気の貯蔵量を増やすことができる。高圧空気の貯蔵量を増やすことで、空気を高炉に吹き込むことによる空気の圧力低下が小さくなるので、高炉12内への空気の供給が安定する。
The high-
空気供給配管58は、空気貯蔵設備56と羽口設備14とを接続する配管である。制御装置90は、制御装置90は、空気貯蔵設備56と羽口設備14とを接続する空気供給配管58に設けられ、空気貯蔵設備56から羽口設備14への高圧空気の供給量を制御する。制御装置90は、例えば、流量調整弁である。
The
酸素高炉設備10では、羽口設備14から純酸素と微粉炭とを高炉12内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。微粉炭を高炉12内に供給することで、コークス使用量削減の効果だけでなく、固体還元材としての吸熱反応を利用し、かつ、常温の微粉炭が昇温するのに必要な顕熱により、羽口先温度の過度な昇温を抑制することができる。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭の供給量が少なくなると、羽口先温度の上昇が抑制できなくなり、羽口先温度が上昇する。羽口先温度を低下させるために純酸素の供給を停止すると、酸素の供給によって押しのけられていた羽口先のコークスが羽口側に移動し、羽口先の空間が無くなると共に、羽口先温度も低下してくると、スラグ固着などにより羽口が閉塞しやすい状態となる。羽口閉塞が発生すると、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に、純酸素や微粉炭の供給を再開することが困難になる。
In the oxygen
これに対し、本実施形態では、微粉炭配管42に微粉炭流量計44を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置90は、空気供給配管58を通じて空気貯蔵設備56から羽口設備14に高圧空気を供給する。高圧空気を供給することで、羽口設備14から供給される酸素濃度が低下するので、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても羽口先温度の上昇は抑制される。また、羽口設備14への酸素の供給は継続されるので、羽口先温度の温度が低下し過ぎて羽口閉塞が発生することも抑制される。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
On the other hand, in the present embodiment, the pulverized
羽口保護の観点から微粉炭の吹込みが停止した後、なるべく早く高圧空気を供給することが好ましいが、羽口設備14からのガスの吹込み量が急激に増加させると、酸素高炉の操業が不安定になる。このため、高圧空気を供給とともに純酸素の供給量を減らして、羽口設備14からのガスの吹込み量を一定にすることが好ましい。これにより、酸素高炉の操業を安定に維持できる。
From the viewpoint of protecting the tuyere, it is preferable to supply high-pressure air as soon as possible after the injection of pulverized coal is stopped, but if the amount of gas blown from the
なお、図1に示した酸素高炉設備10では微粉炭を冷却剤として用いる例を示したが、これに限らない。例えば、微粉炭に代えて、または、微粉炭とともに冷却剤として気体還元材を用いてもよい。気体還元材としては、例えば、都市ガス、プロパンガス、製鉄所内で発生する副生ガスを用いてよい。気体還元材を用いた場合においても、気体還元材を羽口設備14に供給する配管に流量計を設け、気体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置90は、空気貯蔵設備56から羽口設備14に高圧空気を供給する。これにより、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。
In the oxygen
また、図1に示した酸素高炉設備10では酸素貯蔵設備30を有する例を示したが、これに限られない。高圧酸素は、常時高炉12内に供給されるので、酸素貯蔵設備30を有さなくてもよい。一方、内部監視孔のガラス保護のために流される微量の空気を除く高圧空気は、微粉炭等の冷却剤の流量が予め定められた流量以下になった場合に限り高炉12内に供給される。このように、高圧空気は常時供給されるものではないので、所定容量の高圧空気を貯蔵できる空気貯蔵設備56を設けると、高圧空気が供給されない間に空気を圧縮させ、空気貯蔵設備56に蓄えることができるので、空気圧縮機52の装置規模を小さくできる。また、所定容量の空気貯蔵設備56を設けることで、空気を高炉に吹き込むことによる空気の圧力低下が小さくなるので、安定して高炉12内に空気を供給できる。なお、4000m3級の高炉12を用いた場合において、空気貯蔵設備56の容量は、2500m3以上5000m3以下にすることが好ましい。
Further, the oxygen
図2は、第2の実施形態に係る酸素高炉設備16を示す模式図である。酸素高炉設備16は、高炉12と、酸素供給設備21と、微粉炭供給設備40と、空気供給設備51とを有する。酸素高炉設備16では、当該羽口設備14から酸素を50体積%以上含む酸素富化空気が高炉12内に供給される。なお、図2の酸素高炉設備16において、図1に示した酸素高炉設備10と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。酸素高炉設備16は、酸素供給配管34および空気供給配管59を有する点において、図1に示した酸素高炉設備10と異なる。
FIG. 2 is a schematic view showing the oxygen
酸素供給配管34は、酸素貯蔵設備30と空気供給配管59とを接続する配管である。酸素貯蔵設備30に貯蔵された高圧酸素は、酸素供給配管34、空気供給配管59および羽口設備14を経由して高炉12内に供給される。
The
空気供給配管59は、空気供給配管58とは別に設けられた、空気貯蔵設備56と羽口設備14とを接続する配管である。空気供給配管59を通じて空気貯蔵設備56から所定量の高圧空気が供給され、純酸素は酸素を50体積%以上含む酸素富化空気に希釈される。酸素を50体積%以上含む酸素富化空気は、羽口設備14から高炉12内に供給される。
The
このような、酸素高炉設備16では、羽口設備14から酸素を50体積%以上含む酸素富化空気と微粉炭とを高炉12内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。微粉炭を羽口設備14から高炉12内に供給することで、高炉12でのコークス使用量削減の効果だけでなく、固体還元材の吸熱反応により羽口先温度の上昇が抑制される効果が得られる。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭の供給量が少なくなると、羽口先温度を低温化できなくなるので酸素を50体積%以上含む酸素富化空気であっても羽口先温度が上昇する。この対応として、酸素を50体積%以上含む酸素富化空気の供給を停止すると、羽口先の空間がなくなるとともに羽口先温度が低下し過ぎて羽口が閉塞する。
In such an oxygen
本実施形態では、微粉炭配管42に微粉炭流量計44を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置90は、空気供給配管58を通じて、空気貯蔵設備56から羽口設備14に高圧空気を供給して酸素を50体積%未満含む酸素富化空気に希釈する。これにより、羽口設備14から供給される酸素負化空気の酸素濃度が低下するので、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても羽口先温度の上昇は抑制される。また、羽口設備14への酸素の供給は継続されるので羽口先の空間が確保され、また、羽口先温度の温度が低下し過ぎることが抑制され、これにより、羽口閉塞の発生が抑制される。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
In the present embodiment, the pulverized
図3は、第3の実施形態に係る酸素高炉設備18を示す模式図である。酸素高炉設備18は、高炉12と、酸素供給設備20と、微粉炭供給設備40と、窒素供給設備60とを有する。酸素高炉設備18では、当該羽口設備14から熱風に代えて常温の純酸素が高炉12内に供給される。なお、図3の酸素高炉設備18において、図1に示した酸素高炉設備10と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。酸素高炉設備18は、窒素供給設備60を有する点において、図1に示した酸素高炉設備10と異なる。
FIG. 3 is a schematic view showing the oxygen
窒素供給設備60は、窒素圧縮機62と、高圧窒素配管64と、窒素貯蔵設備66と、窒素供給配管68と、制御装置90とを有する。窒素圧縮機62は、常温の窒素の圧力を高めて高圧窒素とする。なお、本実施形態において、窒素は、深冷分離法によって酸素を製造する酸素製造装置22により製造される窒素を用いることができる。また、窒素圧縮機62は、窒素の圧力を0.5MPa以上圧縮させる。
The
高圧窒素配管64は、窒素圧縮機62と窒素貯蔵設備66とを接続する配管である。窒素貯蔵設備66は、圧力が高められた高圧窒素を貯蔵する設備である。このように、高圧窒素を貯蔵する窒素貯蔵設備66を設けることによって、窒素圧縮機62と羽口設備14間における高圧窒素の貯蔵量を増やすことができる。高圧窒素の貯蔵量を増やすことで、窒素を高炉12に吹き込むことによる窒素の圧力低下が小さくなるので、高炉12内への窒素の供給が安定する。
The high-
酸素高炉設備18では、羽口設備14から純酸素と微粉炭とを高炉12内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭の供給量が少なくなると、羽口先温度を低温化できなり、羽口先温度が上昇する。一方、羽口先温度を低下させるために純酸素の供給を停止すると、羽口先の空間がなくなるとともに羽口先温度が低下し過ぎて羽口が閉塞する。
In the oxygen
本実施形態では、微粉炭配管42に微粉炭流量計44を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置90は、窒素供給配管68を通じて窒素貯蔵設備66から羽口設備14に高圧窒素を供給する。高圧窒素を供給することで、羽口設備14から供給される酸素濃度が低下するので、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても羽口先温度の上昇は抑制される。また、羽口設備14への酸素の供給は継続されるので羽口先の空間が確保され、また、羽口先温度の温度が低下し過ぎることが抑制され、これにより、羽口閉塞の発生が抑制される。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
In the present embodiment, the pulverized
図4は、羽口設備14の断面模式図である。羽口設備14は、羽口70と、バーナー72とを有する。バーナー72は羽口70に内包されるように接続されている。羽口設備14が酸素高炉設備10、16に設けられる場合に、バーナー72には外側から、酸素供給配管32、微粉炭配管42、空気供給配管58の順に接続する。一方、羽口設備14が酸素高炉設備18に設けられる場合に、バーナー72には外側から、酸素供給配管32、微粉炭配管42、窒素供給配管68の順に接続する。なお、微粉炭とともに気体還元材を高炉12内に供給する場合には、気体還元材配管74は、酸素供給配管32と微粉炭配管42との間に接続する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
空気供給配管58または窒素供給配管68とバーナー72との接続部には内部監視窓が設けられており、内部監視窓を保護する目的で、少量の高圧空気や高圧窒素を流している。このような羽口設備14において、微粉炭の供給量が少なくなると羽口先温度が急激に上昇し、羽口70の熱負荷が大きくなる。羽口70の熱負荷が大きくなると、羽口破損の原因となり、羽口の寿命が短くなる。
An internal monitoring window is provided at the connection portion between the
本実施形態に係る酸素高炉設備10、16、18では、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合、空気または窒素を羽口設備14に供給して羽口先温度の上昇を抑制している。これにより、羽口70の熱負荷の増大を抑制でき、羽口寿命の低下を抑制できる。
In the oxygen
(実施例1)
次に酸素高炉設備10を用いた酸素高炉の操業方法の効果を、高炉の下部を模擬したラボ実験設備80を用いて確認した実施例1を説明する。図5は、ラボ実験設備80の断面模式図である。ラボ実験設備80は、実験炉84の炉壁82に図4に示した羽口設備14が設けられている。高炉12の下部を模擬し、実験炉84にコークスを充填した。実験炉84に充填したコークスの粒径の範囲は6〜15mmである。
(Example 1)
Next, Example 1 in which the effect of the operation method of the oxygen blast furnace using the oxygen
酸素供給配管32から常温の純酸素45Nm3/hと、微粉炭配管42から溶銑1t当たり330kgに相当する量の微粉炭と、を羽口設備14を通じて実験炉84に吹込んでコークスを燃焼させた。なお、内部監視孔のガラスを保護するために、通常時においても少量の空気を流した。羽口先温度は、バーナー72の中央部に設けられた内部監視孔の後方に設置された2色式放射温度計86(株式会社チノー社製、IR−FL)を用いて測定した。
Pure oxygen 45 Nm 3 / h at room temperature from the
図6は、羽口先温度の時間変化を示すグラフである。図6において、横軸は時間(秒)であり、縦軸は羽口先温度(℃)である。図6の(ア)の領域は、純酸素と微粉炭とを実験炉84に吹込んだ場合の羽口先温度の時間変化を示す。(ア)の領域では、純酸素を吹込んでいるものの冷却剤としての微粉炭を吹込んでいるので、羽口先温度は1500から2000℃になった。
FIG. 6 is a graph showing the time change of the tuyere temperature. In FIG. 6, the horizontal axis is time (seconds) and the vertical axis is tuyere temperature (° C.). The region (a) in FIG. 6 shows the time change of the tuyere temperature when pure oxygen and pulverized coal are blown into the
図6(イ)の領域では、微粉炭詰りを再現するために微粉炭の吹込みを意図的に停止させ、純酸素のみを実験炉84に吹込んだ。(イ)の領域では、冷却剤としての役割を担う微粉炭の吹込みが停止されたので、羽口先温度は上昇し、2000℃を超える場合もあった。
In the region of FIG. 6A, the blowing of the pulverized coal was intentionally stopped in order to reproduce the pulverized coal clogging, and only pure oxygen was blown into the
図6(ウ)の領域では、空気供給配管58から空気を実験炉84に吹込み、酸素供給配管32からの純酸素の供給を停止した。空気の送風温度は、空気圧縮機出側の温度を想定して180℃とした。また、最終的には空気の送風量を純酸素の送風量と同じ45Nm3/hにした。このように空気を送風することで、羽口先温度は1000〜1500℃に低下した。
In the region of FIG. 6 (c), air was blown into the
このように、冷却材となる微粉炭の吹込みが何らかの理由により停止し羽口先温度が上昇したとしても、当該微粉炭の吹込みが停止したことを微粉炭の流量計で測定し、その後、空気を吹込むことで羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。そして、制御装置90を用いて空気の吹込み量を制御し、純酸素と空気との吹込み量の比率を変えることで、純酸素をのみを吹込んだ場合の温度から、空気のみを吹込んだ場合の温度までの間に羽口先温度を制御できる。このように空気の吹込み量を制御することで、羽口先温度を制御できるので、これにより、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。
In this way, even if the blowing of the pulverized coal as the coolant is stopped for some reason and the tuyere temperature rises, it is measured by the pulverized coal flow meter that the blowing of the pulverized coal has stopped, and then it is measured. It was confirmed that the rise in tuyere temperature can be suppressed by blowing air. Then, by controlling the amount of air blown using the
(実施例2)
次に、酸素高炉設備18を用いた酸素高炉操業方法の効果を、同じラボ実験設備を用いて確認した実施例2を説明する。実施例2においても、酸素供給配管32から常温の純酸素45Nm3/hと、微粉炭配管42から溶銑1t当たり330kgに相当する量の微粉炭と、を羽口設備14を通じて実験炉84に吹込んでコークスを燃焼させた。なお、内部監視孔のガラスを保護するために、通常時においても少量の窒素を流した。羽口先温度は、バーナー72の中央部に設けられた内部監視孔の後方に設置された2色式放射温度計86(株式会社チノー社製、IR−FL)を用いて測定した。
(Example 2)
Next, Example 2 in which the effect of the oxygen blast furnace operating method using the oxygen
図7は、羽口先温度の時間変化を示すグラフである。図7において、横軸は時間(秒)であり、縦軸は羽口先温度(℃)である。図7の(ア)の領域は、純酸素と微粉炭とを実験炉84に吹込んだ場合の羽口先温度の時間変化を示す。(ア)の領域では、純酸素を吹込んでいるものの冷却剤としての微粉炭を吹込んでいるので、羽口先温度は1500から2000℃になった。
FIG. 7 is a graph showing the time change of the tuyere temperature. In FIG. 7, the horizontal axis is time (seconds) and the vertical axis is tuyere temperature (° C.). The region (a) in FIG. 7 shows the time change of the tuyere temperature when pure oxygen and pulverized coal are blown into the
図7の(イ)の領域では、微粉炭詰りを再現するために微粉炭の吹込みを意図的に停止させ、純酸素のみを実験炉84に吹込んだ。(イ)の領域では、冷却剤としての役割を担う微粉炭の吹込みが停止されたので、羽口先温度は上昇し、2500℃を超える場合もあった。
In the region (a) of FIG. 7, the blowing of the pulverized coal was intentionally stopped in order to reproduce the pulverized coal clogging, and only pure oxygen was blown into the
図7の(ウ)の領域では、窒素供給配管68からの窒素を実験炉84に吹込み、酸素供給配管32からの純酸素の供給を停止した。窒素の送風温度は、窒素圧縮機出側の温度を想定して180℃とした。また、最終的には窒素の送風量を純酸素と同じ45Nm3/hにした。このように窒素を送風することで、羽口先温度は1500℃以下に低下した。なお、本実施例で温度測定に使用したIR−FLは880℃以下の温度が測定できない。このため、図7の(ウ)の温度が880℃以下の部分は平らな波形となっている。実施例1,2では、実験炉であるため熱損失が大きいので、羽口先温度のレベルは実機高炉とは異なるが、微粉炭詰りにより羽口先温度の上昇を抑制できることが確認できた。
In the region (c) of FIG. 7, nitrogen from the
(実施例3)
次に、酸素高炉設備18を用いた酸素高炉操業方法の効果を、小型の試験高炉を用いて確認した実施例3を説明する。炉本体は、内容積3.9m3、炉床径0.95mφ、炉口径0.7mφ、炉高5.1mで、羽口は3本である。基本の試験条件は出銑量12t/d、コークス使用量352kg/t−溶銑、微粉炭使用量320kg/t−溶銑、酸素使用量383Nm3/t−溶銑である。微粉炭の吹込みを行わず酸素送風のみを行った場合は、炉内での棚吊が発生した。この棚吊は、羽口先温度の上昇に起因したSiO2よる高炉内での原料同士の接着が原因と考えられる。また、基本の試験条件において、微粉炭の吹込みトラブルが発生し、酸素送風を停止した場合は、羽口閉塞が発生した。
(Example 3)
Next, Example 3 in which the effect of the oxygen blast furnace operating method using the oxygen
次に、微粉炭の吹込みトラブルが発生した時に、酸素送風量を低下させつつ空気を送風した。最終的には酸素送風をゼロとし、空気を基本試験条件における酸素使用量と同じ383Nm3/t−溶銑とした。これにより、羽口閉塞は発生しなかった。微粉炭の設備のトラブルが解消した後に、微粉炭の吹込みを開始するとともに、酸素送風量を増加させつつ、空気送風量を低下させ、問題なく、基本の試験条件に復帰させることができた。 Next, when a trouble of blowing pulverized coal occurred, air was blown while reducing the amount of oxygen blown. Finally, the oxygen blast was set to zero, and the air was set to 383 Nm 3 / t-hot metal, which is the same as the amount of oxygen used under the basic test conditions. As a result, tuyere obstruction did not occur. After the trouble of the pulverized coal equipment was solved, the pulverized coal was started to be blown, and the amount of oxygen blown was increased while the amount of air blown was reduced, and the basic test conditions could be restored without any problem. ..
このように、冷却材となる微粉炭の吹込みが何らかの理由により停止し羽口先温度が上昇したとしても、当該微粉炭の吹込みが停止したことを微粉炭の流量計で測定し、その後、窒素を吹込むことで羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。そして、制御装置90を用いて窒素の吹込み量を制御し、純酸素と窒素との吹込み量の比率を変えることで、純酸素をのみを吹込んだ場合の温度から、窒素のみを吹込んだ場合の温度までの間に羽口先温度を制御できる。このように空気の吹込み量を制御することで、羽口先温度を制御できるので、これにより、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。
In this way, even if the blowing of the pulverized coal as the coolant stops for some reason and the tuyere temperature rises, it is measured by the flow meter of the pulverized coal that the blowing of the pulverized coal has stopped, and then it is measured. It was confirmed that the rise in tuyere temperature could be suppressed by blowing nitrogen. Then, by controlling the amount of nitrogen blown by using the
また、実施例1、2では純酸素を吹込んだ例を示したが、純酸素に代えて酸素を50体積%以上含む酸素富化空気と微粉炭を吹込んで酸素高炉の操業を実施した場合においても同様に、空気または窒素を吹込むことで羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。さらに、実施例1、2では、微粉炭詰りを想定した例を示したが、微粉炭に代えて廃プラスチックを吹込んだ場合であっても同様に効果が得られ、微粉炭に代えて、気体還元材(都市ガス、プロパンガス、製鉄所内で発生する副生ガス)を吹込んだ場合であっても同様の効果が得られる。 Further, in Examples 1 and 2, an example in which pure oxygen was blown was shown, but when oxygen-enriched air containing 50% by volume or more of oxygen and pulverized coal were blown in place of pure oxygen to operate the oxygen blast furnace. Similarly, by blowing air or nitrogen, it is possible to avoid the tuyere obstruction while suppressing the rise in the tuyere tip temperature. Further, in Examples 1 and 2, an example assuming clogging with pulverized coal was shown, but the same effect can be obtained even when waste plastic is blown in place of pulverized coal, and instead of pulverized coal, The same effect can be obtained even when a gas reducing material (city gas, propane gas, by-product gas generated in a steel mill) is blown.
10 酸素高炉設備
12 高炉
14 羽口設備
16 酸素高炉設備
18 酸素高炉設備
20 酸素供給設備
21 酸素供給設備
22 酸素製造装置
24 酸素配管
26 酸素圧縮機
28 高圧酸素配管
30 酸素貯蔵設備
32 酸素供給配管
34 酸素供給配管
40 微粉炭供給設備
42 微粉炭配管
44 微粉炭流量計
50 空気供給設備
51 空気供給設備
52 空気圧縮機
54 高圧空気配管
56 空気貯蔵設備
58 空気供給配管
59 空気供給配管
60 窒素供給設備
62 窒素圧縮機
64 高圧窒素配管
66 窒素貯蔵設備
68 窒素供給配管
70 羽口
72 バーナー
74 気体還元材配管
80 ラボ実験設備
82 炉壁
84 実験炉
86 2色式放射温度計
90 制御装置
10
Claims (4)
空気の圧力を高める圧縮機と、
前記圧縮機によって圧力が高められた高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備と、
気体還元材および/または固体還元材の流量を測定する流量計と、
前記空気貯蔵設備から前記羽口への前記高圧空気の供給及び前記酸素の供給を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記気体還元材および/または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給するとともに、前記羽口への前記酸素の供給量を減らすように制御する酸素高炉設備。 An oxygen blast furnace facility that supplies oxygen, a gas reducing agent, and / or a solid reducing agent from the tuyere into the blast furnace for operation.
With a compressor that increases the pressure of the air,
An air storage facility that stores high-pressure air whose pressure has been increased by the compressor,
A flow meter that measures the flow rate of the gas reducing agent and / or the solid reducing agent,
A control device that controls the supply of the high-pressure air and the oxygen from the air storage facility to the tuyere.
Have a,
When the flow rate of the gas reducing material and / or the solid reducing material becomes equal to or lower than a predetermined flow rate, the control device supplies the high-pressure air from the air storage facility to the tuyere and the tuyere. Oxygen blast furnace equipment that controls to reduce the supply of the oxygen to.
前記制御装置は、前記気体還元材および/または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給して酸素を50体積%未満含む酸素富化空気に希釈する請求項1に記載の酸素高炉設備。 When the flow rate of the gas reducing material and / or the solid reducing material becomes equal to or lower than a predetermined flow rate, the control device supplies the high-pressure air from the air storage facility to the tuyere to supply oxygen by 50 volumes. The oxygen blast furnace facility according to claim 1, which is diluted with oxygen-enriched air containing less than%.
窒素の圧力を高める圧縮機と、
前記圧縮機によって圧力が高められた高圧窒素を貯蔵する窒素貯蔵設備と、
気体還元材および/または固体還元材の流量を測定する流量計と、
前記窒素貯蔵設備から前記羽口への前記高圧窒素の供給及び前記酸素の供給を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記気体還元材および/または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記窒素貯蔵設備から前記羽口に前記高圧窒素を供給するとともに、前記羽口への前記酸素の供給量を減らすように制御する酸素高炉設備。 An oxygen blast furnace facility that supplies oxygen, a gas reducing agent, and / or a solid reducing agent from the tuyere into the blast furnace for operation.
A compressor that increases the pressure of nitrogen,
A nitrogen storage facility that stores high-pressure nitrogen whose pressure has been increased by the compressor,
A flow meter that measures the flow rate of the gas reducing agent and / or the solid reducing agent,
A control device that controls the supply of the high-pressure nitrogen and the oxygen from the nitrogen storage facility to the tuyere.
Have a,
When the flow rate of the gas reducing material and / or the solid reducing material becomes equal to or lower than a predetermined flow rate, the control device supplies the high-pressure nitrogen from the nitrogen storage facility to the tuyere and the tuyere. Oxygen blast furnace equipment that controls to reduce the supply of the oxygen to.
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