TWI485256B - 高爐操作方法 - Google Patents

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TWI485256B TW100125150A TW100125150A TWI485256B TW I485256 B TWI485256 B TW I485256B TW 100125150 A TW100125150 A TW 100125150A TW 100125150 A TW100125150 A TW 100125150A TW I485256 B TWI485256 B TW I485256B
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Description

高爐操作方法
本發明是有關於一種自高爐風口吹入粉煤等固體還原材料、及LNG(Liquefied Natural Gas：液化天然氣)或都市煤氣等易燃性還原材料，而使燃燒溫度上昇，藉此謀求生產性的提昇及還原材料基準量的減少的高爐操作方法。
近年來，由二氧化碳排出量的增加所引起的全球暖化正成為問題，於煉鐵業中，抑制CO2的排出亦為重要的課題。因此，於最近的高爐操作中，正強力地推進低還原材料比(低RAR：Reducing Agent Rate的簡稱，每製造1t生鐵時的來自風口的吹入還原材料與自爐頂所裝入的作為固體還原材料的焦炭的合計量)操作。高爐主要將自爐頂所裝入的作為固體還原材料的焦炭、及自風口所吹入的作為固體還原材料的粉煤用作還原材料，為了達成低還原材料比，進而達成二氧化碳排出的抑制，利用廢塑膠、都市煤氣、重油等氫含有率高的還原材料來替換作為固體還原材料的焦炭或粉煤等的方案較有效。於下述專利文獻1中，提出有將自風口吹入還原材料的噴槍設定為二重管，自二重管噴槍的內側管吹入LNG、自二重管噴槍的外側管吹入粉煤。另外，於下述專利文獻2中，提出有同樣將自風口吹入還原材料的噴槍設定為二重管，自二重管噴槍的內側管吹入粉煤、自二重管噴槍的外側管吹入LNG。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3176680號公報
[專利文獻2]日本專利特公平1-29847號公報
上述專利文獻1中所記載的高爐操作方法、及上述專利文獻2中所記載的高爐操作方法與先前的自風口僅吹入粉煤的方法相比，對於提昇燃燒溫度或減少還原材料基準量均具有效果，但存在進一步改良的餘地。
本發明是著眼於如上所述的問題點而完成的發明，其目的在於提供一種可進一步提昇燃燒溫度及減少還原材料基準量的高爐操作方法。
為了解決上述課題，本發明提供一種高爐操作方法，其是自風口經由噴槍而吹入固體還原材料與易燃性還原材料的高爐操作方法，其特徵在於：將上述固體還原材料與易燃性還原材料混合來作為混合還原材料吹入。
於上述高爐操作方法中，較佳為當將上述固體還原材料與易燃性還原材料混合來作為混合還原材料吹入時，於固體還原材料/易燃性還原材料比以各mass%計為1~300的範圍內混合上述固體還原材料與易燃性還原材料。更佳為於固體還原材料/易燃性還原材料比以各mass%計為1~180的範圍內混合上述固體還原材料與易燃性還原材料。
於上述高爐操作方法中，較佳為將上述固體還原材料與易燃性還原材料混合，並自單管噴槍吹入該混合還原材料。
於上述高爐操作方法中，較佳為將上述噴槍設定為二重管噴槍，自二重管噴槍的內側管吹入將固體還原材料與易燃性還原材料混合而成的混合還原材料，並且自二重管噴槍的外側管吹入助燃性氣體。
於上述高爐操作方法中，較佳為將上述噴槍設定為二重管噴槍，自二重管噴槍的內側管吹入助燃性氣體，並且自二重管噴槍的外側管吹入將固體還原材料與易燃性還原材料混合而成的混合還原材料。
於上述高爐操作方法中，較佳為調整自上述單管噴槍所吹入的易燃性還原材料與固體還原材料的載送氣體的合計流量，並將該單管噴槍的出口流速設定為20m/sec~120m/sec。
於上述高爐操作方法中，較佳為調整自上述二重管噴槍的外側管所吹入的助燃性氣體或固體還原材料的載送氣體與易燃性還原材料的流量，並將該外側管的出口流速設定為20m/sec~120m/sec。
於上述高爐操作方法中，較佳為易燃性還原材料或者易燃性還原材料及助燃性氣體對於自上述二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例為25vol%~95vol%。
於上述高爐操作方法中，較佳為自上述二重管噴槍的外側管或內側管所吹入的助燃性氣體為氧氣或富氧空氣，且自該二重管噴槍的外側管或內側管將富集的氧氣的一部分吹入至送風中。
於上述高爐操作方法中，較佳為自上述二重管噴槍的 外側管或內側管所吹入的助燃性氣體為富氧空氣，且自該二重管噴槍的外側管或內側管將富集的氧氣的一部分吹入至送風中。
於上述高爐操作方法中，較佳為上述固體還原材料為粉煤。
較佳為相對於每1t的生鐵，於50kg~300kg的範圍內吹入上述固體還原材料。
另外，更佳為相對於每1t的生鐵，於60kg~180kg的範圍內吹入上述固體還原材料。
於上述高爐操作方法中，較理想的是於上述固體還原材料的粉煤中混合廢塑膠、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料。
於上述高爐操作方法中，較佳為將上述固體還原材料的粉煤的比例設定為80mass%以上，並混合使用廢塑膠、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料。
於上述高爐操作方法中，較佳為上述易燃性還原材料為都市煤氣、天然氣、丙烷氣、氫氣、轉爐氣、高爐氣、焦爐氣。
另外，較佳為相對於每1t的生鐵，於1kg~50kg的範圍內吹入上述易燃性還原材料。更佳為相對於每1t的生鐵，於10kg~35kg的範圍內吹入上述易燃性還原材料。
於是，根據本發明的高爐操作方法，藉由將固體還原材料與易燃性還原材料混合來作為混合還原材料自噴槍吹 入，固體還原材料的溫度因易燃性還原材料的燃燒熱而大幅度地上昇，藉此固體還原材料的加熱速度上昇且燃燒溫度大幅度地提昇，因而可減少還原材料基準量。
一面參照圖式一面對本發明的高爐操作方法的一實施形態進行說明。
圖1是應用了本實施形態的高爐操作方法的高爐的整體圖。如圖所示，於高爐(blast furnace)1的風口(tuyere)3處連接有用以傳送熱風的送風管(blow pipe)2，且貫穿該送風管2而設置有噴槍4。於風口3的熱風送風方向前方的焦炭堆積層中，存在被稱為線槽(raceway)5的燃燒空間，在該燃燒空間內主要進行還原材料的燃燒、氣化。
圖2表示自噴槍4僅吹入作為固體還原材料的粉煤6時的燃燒狀態。自噴槍4通過風口3而被吹入至線槽5內的粉煤6的揮發物及固定碳與焦炭7一同燃燒，未燃燒完而殘留的一般被稱為炭(char)的碳與灰的集合體作為未燃炭(unburnt char)8被自線槽中排出。風口3的熱風送風方向前方的熱風速度約為200m/sec，自噴槍4的前端至線槽5內的O2的存在區域約為0.3~0.5m，因此實質上必需以1/1000秒的位準來提昇粉煤粒子的溫度及改善與O2的接觸效率(分散性)。再者，被吹入至高爐內的粉煤的平均粒徑是以10μm~100μm來使用。
圖3表示僅將粉煤(圖中，PC：Pulverized Coal)6自噴槍4吹入至送風管2內時的燃燒機制。自風口3被吹 入至線槽5內的粉煤6的粒子因來自線槽5內的火焰的輻射傳熱而得到加熱，進而，粒子溫度因輻射傳熱、傳導傳熱而急遽地上昇，自昇溫至300℃以上的時間點起開始熱分解，揮發物著火後形成火焰，且燃燒溫度到達1400℃~1700℃。若揮發物釋放出，則成為上述的炭8。炭8主要是固定碳，因此與燃燒反應的同時，亦產生被稱為碳熔解反應的反應。
圖4表示將作為易燃性還原材料的都市煤氣9與粉煤(圖中為PC)6一同自噴槍4吹入至送風管2內時的燃燒機制。都市煤氣9的主成分是甲烷，此外包含乙烷、丙烷、丁烷等。下述表1中表示都市煤氣的組成例。關於粉煤6與都市煤氣9的吹入方法，表示單純地平行吹入的情況。再者，圖中的雙點劃線是將圖3所示的僅吹入粉煤時的燃燒溫度作為參考來表示。當如上述般同時吹入粉煤與都市煤氣時，可認為作為氣體的都市煤氣優先燃燒，藉由該燃燒熱而導致粉煤急速地加熱、昇溫，藉此於接近噴槍的位置上燃燒溫度進一步上昇。
基於此種見解，使用圖5所示的燃燒實驗裝置進行燃燒實驗。為了模擬高爐內部，於實驗爐11內填充有焦炭，可自窺視窗觀察線槽15的內部。於送風管12內插入有噴槍14，可將由燃燒器13所產生的熱風以規定的送風量傳送至實驗爐11內。另外，該送風管12亦可調整送風的富氧量。噴槍14可將粉煤及都市煤氣的任一者或兩者吹入至送風管12內。實驗爐11內所產生的排氣藉由被稱為旋風分離器(cyclone)的分離裝置16而分離成排氣與灰塵，排氣被輸送至助燃爐等排氣處理設備中，灰塵被捕獲箱17捕獲。
於燃燒實驗中，將單管噴槍與二重管噴槍這兩種噴槍用於噴槍14，針對使用單管噴槍僅吹入粉煤的情況，及使用二重管噴槍，自二重管噴槍的內側管吹入粉煤、自二重管噴槍的外側管吹入作為易燃性還原材料的都市煤氣的情況，及自二重管噴槍的內側管吹入作為易燃性還原材料的都市煤氣、自二重管噴槍的外側管吹入粉煤的情況，及自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料、自外側管吹入作為助燃性氣體的氧氣(以下，簡稱為O2)的情況，及自二重管噴槍的內側管吹入作為助燃性氣體的O2、自外側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料的情況的各情況，自窺視窗測定利用二色溫度計的燃燒溫度、燃燒位置、未燃炭的燃燒狀況、擴散性。
眾所周知，二色溫度計是利用熱放射(電磁波自高溫物體朝低溫物體的移動)進行溫度測定的放射溫度計，其 是著眼於若溫度變高則波長分布偏向短波長側這一點，藉由測定波長分布的溫度的變化來求出溫度的波長分布形的一種，其中，為了掌握波長分布，測定兩種波長下的放射能，然後根據比率測定溫度。關於未燃炭的燃燒狀況，利用探針於自實驗爐11的送風管12內的噴槍14的前端起150mm、300mm的位置回收未燃炭，於埋入樹脂、研磨後，藉由圖像分析來測定炭內空隙率，並判定未燃炭的燃燒狀況。
粉煤的要素為固定碳(FC：Fixed Carbon)77.8%、揮發物(VM：Volatile Matter)13.6%、灰(Ash)8.6%，將吹入條件設定為29.8kg/h(相當於針對每1t的溶銑，吹入100kg的粉煤)。另外，將都市煤氣的吹入條件設定為3.6kg/h(5Nm3/h，相當於針對每1t的溶銑，吹入10kg的都市煤氣)。將送風條件設定為送風溫度1200℃、流量300Nm3/h、流速70m/s、O2富集+5.5(氧氣濃度26.5%，相對於空氣中的氧氣濃度21%，富集了5.5%)。
實驗結果的評價是以自單管噴槍僅吹入粉煤(使用N2作為介質)時的燃燒溫度、燃燒位置、未燃炭的燃燒狀況、擴散性(主要是粉煤)為基準，對自二重管噴槍的內側管吹入粉煤、自外側管吹入都市煤氣的情況，及自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣、自外側管吹入粉煤的情況，及自單管噴槍吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料的情況，及自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料、自外側管吹入助燃性氣體(此情況下為O2)的情況， 及自二重管噴槍的內側管吹入O2、自外側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料的情況分別進行評價。評價是以△表示與僅吹入粉煤的情況相同程度的情況，以○表示略微得到改善的情況，以◎表示得到大幅度改善的情況。再者，當吹入作為助燃牲氣體的O2時，將富集的氧氣的一部分用於送風中，以使被吹入至爐內的O2的總量不發生變化。另外，作為助燃性氣體，亦可使用大氣。
圖6表示上述燃燒實驗的結果。粉煤(圖中為PC)是藉由載送氣體(使用氮氣N2)而吹入。如根據該圖可明確般，當自二重管噴槍的內側管吹入粉煤、自外側管吹入都市煤氣時，可看到燃燒位置得到改善，但其他項目未看到變化。可認為其原因在於：粉煤的外側的都市煤氣先與O2接觸而迅速地燃燒，因其燃燒熱而導致粉煤的加熱速度上昇，但O2於都市煤氣的燃燒中被消耗，粉煤的燃燒所需的O2減少，未上昇至充分的燃燒溫度，且未燃炭的燃燒狀況亦未得到改善。另一方面，當自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣、自外側管吹入粉煤時，可看到燃燒溫度、未燃炭的燃燒狀況得到改善，且可看到擴散性得到大幅度的改善，但燃燒位置未看到變化。可認為其原因在於：通過外側的粉煤區域且至內側的都市煤氣為止的O2的擴散需要時間，但若內側的易燃性的都市煤氣燃燒，則產生爆發性的擴散，粉煤因都市煤氣的燃燒熱而得到加熱且燃燒溫度亦上昇，未燃炭的燃燒狀況亦得到改善。
本案發明者根據該實驗結果，著眼於將單管噴槍用於 噴槍，預先混合都市煤氣與粉煤，並自單管噴槍吹入該混合還原材料。即，推測都市煤氣及粉煤彼此混合存在是未改善的原因，若都市煤氣分散，則都市煤氣於寬廣的範圍內先燃燒，伴隨於此，粉煤擴散至寬廣的範圍內，並且因都市煤氣的燃燒熱而得到加熱，隨著燃燒位置接近噴槍，燃燒溫度上昇，未燃炭的燃燒狀況亦得到改善。
因此，預先混合都市煤氣與粉煤，並自單管噴槍吹入該混合還原材料來進行實驗的結果，於燃燒溫度、燃燒位置、未燃炭的燃燒狀況這三個方面可看到大幅度的改善。另外，為了促進伴隨都市煤氣的燃燒的爆發性的擴散效果，自二重管噴槍的內側管吹入O2、自外側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料，或者自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料、自外側管吹入O2，藉此擴散性得到大幅度改善，燃燒溫度、燃燒位置、未燃炭的燃燒狀況亦維持大幅度的改善。
將所有實驗的燃燒位置與燃燒溫度的關係示於圖7。如根據該圖及圖6可明確般，相對於自單管噴槍僅吹入粉煤的方法，燃燒溫度以自二重管噴槍的內側管吹入粉煤、自外側管吹入都市煤氣的方法，自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣、自外側管吹入粉煤的方法，自單管噴槍吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料的方法，自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料、自外側管吹入O2的方法，或者自二重管噴槍的內側管吹入O2、自外側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料的方法的順序變 高，尤其，關於燃燒位置，於自單管噴槍吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料方法中，可看到大幅度的改善。另外，關於擴散性，自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣、自外側管吹入粉煤的方法要改善得多，因此自單管噴槍吹入混合還原材料的方法只停留在略微得到改善的評價，但自單管噴槍吹入混合還原材料的方法實質上亦可看到充分的擴散效果，綜合評價亦得到大幅度改善。進而，於自二重管噴槍的內側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料、自外側管吹入O2的方法，或者自二重管噴槍的內側管吹入O2、自外側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料的方法中，可看到顯著的改善，燃燒溫度的提昇是燃燒量增加的佐證，藉由吹入固體還原材料的燃燒量增加，風口前端的堆積微粉量(爐內投入微粉量)減少，爐內的透氣得到改善。若熱平衡適當，則對應於經改善的透氣，可減少裝入的焦炭(焦炭比)，因此結果會減少還原材料基準量。
繼而，本發明者等對作為易燃性還原材料的都市煤氣或者都市煤氣及作為助燃性氣體的O2對於自二重管噴槍4所吹入的總氣體量的比例進行各種變更來測定燃燒溫度的差異。該測定是為了確認例如如上所述，都市煤氣與O2一同先燃燒，粉煤的溫度因其燃燒熱而急速地上昇的效果。因此，如下述表2所示，自實例1至實例5為止，將作為粉煤的載送氣體的N2的流量固定為15Nm3/h，並對都市煤氣或者都市煤氣及O2的流量進行各種變更，測定與二重管噴槍的前端相距165mm的燃燒溫度及相距315mm 的燃燒溫度。再者，關於粉煤與載送粉煤的載送氣體的固氣比，於以較少的氣體量輸送粉體，即粉煤的方式(高濃度載送)中，固氣比為10kg/Nm3~25kg/Nm3，於以大量的氣體輸送的方式(低濃度輸送)中，固氣比為5kg/Nm3~10kg/Nm3。載送氣體除N2以外，亦可使用空氣。
表中表示都市煤氣或者都市煤氣及O2的流量(O2+都市煤氣)、以及O2對於都市煤氣的比率(O2/都市煤氣)。即，實例1既不吹入O2，亦不吹入都市煤氣。實例2僅吹入5Nm3/h的都市煤氣。實例3吹入5Nm3/h的都市煤氣、10Nm3/h的O2。實例4吹入5Nm3/h的都市煤氣、20Nm3/h的O2。實例5吹入10Nm3/h的都市煤氣、20Nm3/h的O2。另外，關於都市煤氣或者都市煤氣及O2對於自二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例，實例1為0vol%，實例2為25vol%，實例3為50vol%，實例4為62.5vol%，實例5為66.7vol%。
粉煤的要素是固定碳FC：77.2%、揮發物VM：12.2%、灰Ash：10.6%，將吹入條件設定為50kg/h(相當於針對每1t的溶銑，吹入142kg的粉煤)(使用氮氣作為吹入介 質)。將送風條件設定為送風溫度1200℃、流量350Nm3/h、O2富集+3.5(氧氣濃度24.5%)。再者，當吹入作為助燃性氣體的O2時，將富集的氧氣的一部分用於送風中，以使被吹入至爐內的O2的總量不發生變化。另外，作為助燃性氣體，除O2以外，亦可使用大氣。當使用大氣時，為了提昇助燃效果，使用富集了2%以上，較佳為10%以上的氧氣的富氧空氣。另外，粉煤、都市煤氣、O2的吹入方法是自二重管噴槍的內側管吹入O2、自外側管吹入都市煤氣與粉煤的混合還原材料。將測定結果示於圖8。
如根據該圖可明確般，於都市煤氣或者都市煤氣及O2對於自二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例未滿25vol%的區域中，伴隨都市煤氣或者都市煤氣及O2對於總氣體量的比例增加，燃燒溫度大幅度增加，因此於該區域中難以確保較高的燃燒溫度。另一方面，於都市煤氣或者都市煤氣及O2對於自二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例為25vol%以上的區域中，即便都市煤氣或者都市煤氣及O2對於總氣體量的比例增加，燃燒溫度亦處於飽和的傾向，因此於該區域中可確保較高的燃燒溫度。因此，於本實施形態的高爐操作方法中，將易燃性還原材料或者易燃性還原材料及助燃性氣體對於自二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例，即都市煤氣或者都市煤氣及O2對於自二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例設定為25vol%以上，較佳為50vol%以上。另外，若都市煤氣或者都市煤氣及O2對於自二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例超過95vol%，則可 看到燃燒溫度飽和的傾向，因此將上限設定為95vol%以下。另外，雖然將都市煤氣作為易燃性還原材料的例子，但如下述表3所示，天然氣(LNG)的主成分與都市煤氣相同為甲烷，而亦可使用。
然而，伴隨如上所述的燃燒溫度的上昇，單管噴槍或二重管噴槍的外側管容易曝露於高溫下。單管噴槍或二重管噴槍例如由不鏽鋼鋼管構成。當然，對單管噴槍或二重管噴槍的外側管施加了被稱為所謂水套的水冷，但無法覆蓋至噴槍前端為止。圖9表示吹入粉煤及都市煤氣的混合還原材料的單管噴槍的水套(圖的水冷部)的狀態。自單管噴槍吹入固體還原材料及固體還原材料的載送所需的載送氣體、與作為易燃性還原材料的都市煤氣的混合還原材料。圖10表示自內側管吹入粉煤與載送氣體及都市煤氣、自外側管吹入O2的二重管噴槍的水套的狀態。圖11表示自內側管吹入O2、自外側管吹入粉煤與載送氣體及都市煤氣的二重管噴槍的水套的狀態。
於圖9、圖10、圖11中，可知尤其該水冷所達不到的 單管噴槍或二重管噴槍的外側管的前端部會因熱而變形。若單管噴槍或二重管噴槍的外側管變形，即彎曲，則無法將粉煤或都市煤氣或O2吹入至所期望的部位，且作為消耗品的噴槍的更換作業存在障礙。另外，亦可想到粉煤的流動因彎曲而發生變化並碰撞風口，在此種情況下，存在風口受損的可能性。若二重管噴槍的外側管彎曲，則與內側管的間隙被堵塞，若氣體不自外側管流出，則亦存在二重管噴槍的外側管熔損，有時送風管破損的可能性。若噴槍變形或損耗，則無法確保如上所述的燃燒溫度，進而亦無法減少還原材料基準量。
為了冷卻無法進行水冷的單管噴槍或二重管噴槍的外側管，僅藉由被輸送至內部的氣體來散熱。當流入至內部的氣體散熱來將單管噴槍或二重管噴槍的外側管本身加以冷卻時，一般認為氣體的流量會對噴槍溫度造成影響。因此，本發明者等對自單管噴槍或二重管噴槍的外側管所吹入的氣體的流量進行各種變更來測定噴槍表面的溫度。氣體的流量調整是於原本在本實施形態中自單管噴槍或二重管噴槍的外側管所吹入的都市煤氣中增減作為惰性氣體的N2。再者，N2亦可挪用用於載送粉煤的載送氣體的一部分。將單管噴槍的測定結果示於圖12，將二重管噴槍的測定結果示於圖13。
將被稱為15A Schedule 90的鋼管、及被稱為20A Schedule 90的鋼管這兩種鋼管用於單管噴槍，且對用於載送粉煤的載送氣體(N2)與都市煤氣的合計流量進行各種 變更來測定噴槍表面的溫度。另外，將被稱為20A Schedule 5S的鋼管、及被稱為25A Schedule 5S的鋼管這兩種鋼管用於二重管噴槍的外側管。另外，將一種被稱為15A Schedule 90的鋼管用於二重管噴槍的內側管，且對N2與都市煤氣的合計流量進行各種變更來測定噴槍表面的溫度。此處，「15A]、「20A」、「25A」是JIS G 3459中所規定的鋼管外徑的標稱尺寸，15A是外徑21.7mm，20A是外徑27.2mm，25A是外徑34.0mm。另外，「Schedule」是JIS G 3459中所規定的鋼管的壁厚的標稱尺寸，Schedule 5S是1.65mm，15A Schedule 90是3.70mm，20A Schedule 90是3.90mm。當將鋼管用於單管噴槍時，設定為具有上述兩種程度的外徑的鋼管較現實。另外，亦可使用25A Schedule 90(外徑：34mm，壁厚：4.50mm)。另外，當將鋼管用於二重管噴槍的外側管時，設定為具有上述兩種程度的外徑的鋼管較現實。另外，亦可使用20A Schedule 90(壁厚：3.9mm)、25A Schedule 90(壁厚：4.5mm)。再者，除不鏽鋼鋼管以外，亦可利用普通鋼。此情況下的鋼管的外徑由JIS G 3452規定，壁厚由JIS G 3454規定。
如該圖中由雙點劃線所示般，於尺寸不同的各鋼管中，伴隨自單管噴槍或二重管噴槍的外側管所吹入的氣體的合計流量的增加，噴槍表面的溫度成反比例地下降。其原因在於：若鋼管的尺寸不同，則即便是相同的氣體合計流量，氣體的流速亦不同。當將鋼管用於單管噴槍或二重管噴槍時，若單管噴槍或二重管噴槍的表面溫度超過 880℃，則會產生蠕變，且單管噴槍或二重管噴槍彎曲。
因此，將15A Schedule 90或20A Schedule 90的鋼管用於單管噴槍，且單管噴槍的表面溫度為880℃以下時的吹入氣體的合計流量為135Nm3/h以上，使用該些鋼管時的單管噴槍的出口流速變成20m/sec以上。而且，當將單管噴槍的吹入氣體的合計流量設定為135Nm3/h以上，且單管噴槍的出口流速為20m/sec以上時，單管噴槍的表面溫度變成880℃，單管噴槍不會產生變形或彎曲。另一方面，若單管噴槍的吹入氣體的合計流量超過800Nm3/h、或者出口流速超過120m/sec，則就設備的運用成本的觀點而言並不實用，因此將單管噴槍的吹入氣體的合計流量的上限設定為800Nm3/h，將出口流速的上限設定為120m/sec。即，為了冷卻無法進行水冷的單管噴槍，調整單管噴槍的吹入氣體的合計流量，並將單管噴槍的出口流速設定為20m/sec~120m/sec。
另外，將20A Schedule 5S或25A Schedule 5S的鋼管用於二重管噴槍的外側管，且二重管噴槍的表面溫度為880℃以下時的來自外側管的吹入氣體的合計流量為85Nm3/h以上，使用該些鋼管時的二重管噴槍的外側管的出口流速變成20m/sec以上。而且，當將二重管噴槍的外側管的吹入氣體的合計流量設定為85Nm3/h以上，且二重管噴槍的外側管的出口流速為20m/sec以上時，二重管噴槍的外側管的表面溫度變成880℃以下，二重管噴槍不會產生變形或彎曲。另一方面，若二重管噴槍的外側管的吹入 氣體的合計流量超過800Nm3/h、或者出口流速超過120m/sec，則就設備的運用成本的觀點而言並不實用，因此將二重管噴槍的外側管的吹入氣體的合計流量的上限設定為800Nm3/h，將出口流速的上限設定為120m/sec。即，為了冷卻無法進行水冷的二重管噴槍的外側管，調整二重管噴槍的外側管的吹入氣體的合計流量，並將二重管噴槍的外側管的出口流速設定為20m/sec~120m/sec。
於單管噴槍中，調整自單管噴槍所吹入的易燃性還原材料與固體還原材料的載送氣體的合計流量，並將單管噴槍的出口流速設定為20m/sec以上，於二重管噴槍中，調整自二重管噴槍的外側管所吹入的助燃性氣體或固體還原材料的載送氣體與易燃性還原材料的流量，並將二重管噴槍的外側管的出口流速設定為20m/sec以上，從而防止單管噴槍或二重管噴槍的變形(彎曲)，對應於此，相對於每1t的生鐵，將自單管噴槍或二重管噴槍所吹入的粉煤等固體還原材料設定為50kg~300kg。即，噴槍存在設備限制方面的吹入下限，因此若吹入還原材料比降低，則需要拉長吹入風口的間隔後吹入等對應措施，結果吹入還原材料的風口與不吹入原材料的風口混合存在，而於圓周方向上產生偏差，在高爐的穩定操作方面不佳，因此，相對於每1t的生鐵，將固體還原材料設定為50kg以上。另外，若固體還原材料的吹入還原材料比下降，則於氣體與裝入物的熱交換過程中，作為被供給熱之側的裝入物的比率增加，爐頂氣體溫度下降。就防止該爐頂氣體溫度變成露點 以下的觀點而言，相對於每1t的生鐵，亦將固體還原材料設定為50kg以上，較佳為60kg以上。
進而，在以低還原材料比操作為目標方面，因透氣的限制，故吹入還原材料比存在上限，伴隨吹入固體還原材料比的增加，自爐頂所裝入的固體還原材料(焦炭)比減少，透氣變得困難，但若超過可容許的總壓力損失(送風壓-爐頂壓)，則即便增加吹入還原材料，亦無法降低還原材料(焦炭)比，除妨礙穩定操作以外，亦存在無法操作的可能性。另外，為了保護爐頂設備，相對於每1t的生鐵，亦將固體還原材料設定為300kg以下。較佳為相對於每1t的生鐵，將固體還原材料設定為180kg以下。
另外，都市煤氣、天然氣(LNG)等易燃性還原材料就確保較高的燃燒溫度的觀點而言，相對於每1t的生鐵，需要1kg以上，為了保護風口及爐頂機器，相對於每1t的生鐵，將易燃性還原材料的上限設定為50kg以下。較佳為相對於每1t的生鐵，易燃性還原材料為10kg~35kg。
根據以上的觀點，若倒過來算，則固體還原材料/易燃性還原材料(各mass%)為1~300，較佳為1~180。
進而，為了確保使用單管噴槍時的固體還原材料、易燃性還原材料的燃燒性，將送風中的富氧率設定為2%~10%，較佳為2.5%~8%。
進而，二重管噴槍中所使用的助燃性氣體就確保固體還原材料、易燃性還原材料的燃燒性的觀點而言，使用氧氣或富氧空氣，且相對於每1t的生鐵，至少需要1Nm3 以上的助燃性氣體。上限由製造成本決定，相對於每1t的生鐵，將助燃性氣體的上限設定為80Nm3以下。再者，將富氧空氣的富氧率設定為2%以上，較佳為10%以上。
另外，粉煤的平均粒徑是以10μm~100μm來使用，但於本發明中，當要確保燃燒性，且考慮來自噴槍的輸送以及至噴槍為止的供給性時，較佳為將粉煤的平均粒徑設定為20μm~50μm。若粉煤的平均粒徑未滿20μm，則燃燒性優異，但於輸送粉煤(輸送氣體)時噴槍容易堵塞，若超過50μm，則存在粉煤燃燒性惡化的可能性。
另外，吹入的固體還原材料以粉煤為主，其中可混合使用廢塑膠、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(生質)、廢料。於混合使用時，較佳為將粉煤對於所有固體還原材料的比設定為80mass%以上。即，由於粉煤與廢塑膠、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(生質)、廢料等的由反應所產生的熱量不同，因此若彼此的使用比率接近，則燃燒容易產生偏差，操作容易變得不穩定。另外，與粉煤相比，廢塑膠、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(生質)、廢料等的由燃燒反應所產生的發熱量處於低位，因此若大量地吹入，則對於自爐頂所裝入的固體還原材料的代替效率下降，故較佳為將粉煤的比例設定為80mass%以上。
再者，廢塑膠、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(生質)、廢料可作為6mm以下，較佳為3mm以下的細粒與粉煤混合使用。與粉煤的比例是可藉由與由載送氣體所運送的粉煤合流而混合的比例。亦可預先與粉煤混合後使用。
進而，易燃性還原材料除都市煤氣、天然氣以外，亦可使用丙烷氣、氫氣，此外亦可使用煉鐵廠中產生的轉爐氣、高爐氣、焦爐氣。
1‧‧‧高爐
2‧‧‧送風管
3‧‧‧風口
4‧‧‧噴槍
5‧‧‧線槽
6‧‧‧粉煤(固體還原材料)
7‧‧‧焦炭
8‧‧‧炭
9‧‧‧都市煤氣(易燃性還原材料)
11‧‧‧實驗爐
12‧‧‧送風管
13‧‧‧燃燒器
14‧‧‧噴槍
15‧‧‧線槽
16‧‧‧分離裝置
17‧‧‧捕獲箱
PC‧‧‧粉煤
圖1是表示應用了本發明的高爐操作方法的高爐的一實施形態的縱剖面圖。
圖2是自圖1的噴槍僅吹入作為固體還原材料的粉煤時的燃燒狀態的說明圖。
圖3是圖2的粉煤的燃燒機制的說明圖。
圖4是吹入粉煤與作為易燃性還原材料的都市煤氣時的燃燒機制的說明圖。
圖5是燃燒實驗裝置的說朗圖。
圖6是燃燒實驗結果的說明圖。
圖7是燃燒實驗結果的燃燒溫度的說明圖。
圖8是燃燒實驗結果的燃燒溫度的說明圖。
圖9是單管噴槍的水套的說明圖。
圖10是二重管噴槍的水套的說明圖。
圖11是二重管噴槍的水套的說明圖。
圖12是表示自單管噴槍所吹入的氣體的流量與噴槍表面溫度的關係的說明圖。
圖13是表示自二重管噴槍的外側管所吹入的氣體的流量與噴槍表面溫度的關係的說明圖。

Claims (15)

  1. 一種高爐操作方法，其是自風口經由噴槍而吹入固體還原材料與易燃性還原材料的高爐操作方法，其特徵在於：將上述固體還原材料與易燃性還原材料混合來作為混合還原材料吹入，其中將上述噴槍設定為二重管噴槍，自二重管噴槍的內側管或外側管的其中之一吹入將固體還原材料與易燃性還原材料混合而成的混合還原材料，並且自二重管噴槍的內側管或外側管的其中另一吹入助燃性氣體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高爐操作方法，其中當將上述固體還原材料與易燃性還原材料混合來作為混合還原材料吹入時，於固體還原材料/易燃性還原材料比以各mass%計為1~300的範圍內混合上述固體還原材料與易燃性還原材料。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之高爐操作方法，其中於固體還原材料/易燃性還原材料比以各mass%計為1~180的範圍內混合上述固體還原材料與易燃性還原材料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高爐操作方法，其中調整自上述二重管噴槍的外側管所吹入的助燃性氣體或固體還原材料的載送氣體與易燃性還原材料的流量，並將該外側管的出口流速設定為20m/sec~120m/sec。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高爐操作方法，其中易燃性還原材料或者易燃性還原材料及助燃性氣體對於自上述二重管噴槍所吹入的總氣體量的比例為25vol%~95 vol%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之高爐操作方法，其中自上述二重管噴槍的外側管或內側管所吹入的助燃性氣體為氧氣或富氧空氣，且自該二重管噴槍的外側管或內側管將富集的氧氣的一部分吹入至送風中。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之高爐操作方法，其中自上述二重管噴槍的外側管或內側管所吹入的助燃性氣體為富氧空氣，且自該二重管噴槍的外側管或內側管將富集的氧氣的一部分吹入至送風中。
  8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之高爐操作方法，其中上述固體還原材料為粉煤。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之高爐操作方法，其中相對於每1t的生鐵，於50kg~300kg的範圍內吹入上述固體還原材料。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之高爐操作方法，其中相對於每1t的生鐵，於60kg~180kg的範圍內吹入上述固體還原材料。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之高爐操作方法，其中於上述固體還原材料的粉煤中混合廢塑膠、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之高爐操作方法，其中將上述固體還原材料的粉煤的比例設定為80mass%以上，並混合使用廢塑膠、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料。
  13. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之高爐操作方法，其中上述易燃性還原材料為都市煤氣、天然氣、丙烷氣、氫氣、轉爐氣、高爐氣、焦爐氣。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之高爐操作方法，其中相對於每1t的生鐵，於1kg~50kg的範圍內吹入上述易燃性還原材料。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之高爐操作方法，其中相對於每1t的生鐵，於10kg~35kg的範圍內吹入上述易燃性還原材料。
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