高爐操作方法

高爐操作方法
【專利摘要】一種高爐操作方法，其中，將用于從風口(3)吹入燃料的噴槍(4)設定為二重管，從兩根二重管噴槍(4)的內側管吹入煤粉，同時從兩根二重管噴槍(4)的外側管吹入氧氣，并使由煤粉的輸送氣體和從外側管吹入的氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上，由此，即使是煤粉的揮發成分為25質量％以下且煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作，也能夠提高燃燒溫度，結果能夠減少排放的CO2。另外，當煤粉比為170kg/噸以上時，使氧濃度小于70體積％。另外，通過以使從兩根二重管噴槍(4)吹入的煤粉流不重疊的方式配置二重管噴槍(4)，能夠防止煤粉流的富集，從而能夠確保燃燒效率。
【專利說明】高爐操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高爐操作方法，其通過從高爐風口吹入煤粉、使燃燒溫度上升來實現生廣率的提聞和排放CO2的減少。
【背景技術】
[0002]近年來，由于二氧化碳排放量的增加而導致的全球變暖成為問題，在煉鐵業中，抑制CO2的排放也是重要的課題。高爐主要使用焦炭以及從風口吹入的煤粉作為還原材料，基于通過預處理所產生的二氧化碳排放量的差異，相比于焦炭，盡可能地使用煤粉能夠抑制排放的C02。例如，在下述專利文獻I中，使用煤粉比為150kg/噸生鐵以上、揮發成分為25質量％以下的煤粉，向用于從風口吹入燃料的噴槍中供給煤粉和氧氣，并使噴槍中的氧濃度為70體積％以上，由此能夠提高燃燒效率。另外，在該專利文獻I中，還提出了:當噴槍為單管時，從噴槍吹入氧氣和煤粉的混合物，當噴槍為二重管時，從二重管噴槍的內側管吹入煤粉，從二重管噴槍的外側管吹入氧氣。需要說明的是，所謂煤粉比，是指每I噸生鐵所使用的煤粉的質量。
[0003]另外，在下述專利文獻2中，在二重管噴槍的外側管中設置凹凸，使煤粉分散，從而促進了煤粉與氧氣的反應。
[0004]另外，在下述專利文獻3中，將從內側管吹入煤粉、從外側管吹入氧氣的兩根二重管噴槍相向配置來使用，使兩根二重管噴槍的中心軸延長線不交叉，并且與送風管(吹管)的中心也不交叉，由此提高了燃燒性。另外，通過使從外側管吹出的氧氣相對于噴槍中心的吹出角度為30°以上，使得氧氣接近煤粉的主流線。需要說明的是，噴槍與送風管所成的角度(噴槍相對于送風方向的吹入角度)為大于45°的角度。
[0005]另外，在下述專利文獻4中，將從內側管吹入煤粉、從外側管吹入氧氣的兩根二重管噴槍相向配置來使用，并使各個噴槍的前端部位于比風口縮徑部的小徑部更靠爐內側的位置。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本專利第4074467號公報
[0009]專利文獻2:韓國專利公開公報2002-00047359
[0010]專利文獻3:日本特開平10-251715號公報
[0011]專利文獻4:日本特開2000-192119號公報

【發明內容】

[0012]發明所要解決的問題
[0013]雖然向風口中送入了大量的空氣，但噴槍可能暴露于高溫中，如上述專利文獻I所述向單管噴槍中供給高濃度的氧氣和煤粉的混合物從安全方面考慮是不現實的。另外，從要求進一步減少排放的CO2的觀點出發，例如希望使煤粉比為170kg/噸生鐵以上，但當煤粉比為170kg/噸生鐵以上的高煤粉比時，即使如上述專利文獻I所述僅僅從二重管噴槍的內側管吹入煤粉、從外側管吹入氧氣，燃燒溫度也會達到飽和，無法提高燃燒效率。
[0014]另外，在二重管噴槍的外側管中流動的氣體還起到冷卻該外側管的作用，因此，當如上述專利文獻2所述存在設置于外側管中的凹凸這種阻礙氣體流動的部件時，在流動較弱的部分施加了熱負荷，可能會產生裂紋、熔損等損耗。產生這種損耗時，可能會誘發逆火、噴槍堵塞等。另外，如果煤粉量增加，則存在因從內側管噴出的煤粉而無法避免凸部產生磨損的問題。
[0015]另外，當如上述專利文獻3所述噴槍與送風管所成的角度(噴槍相對于送風方向的吹入角度)為大于45°的角度時，沿著噴槍流動的熱風在噴槍前端部產生紊流，煤粉以必要以上的程度分散，由于煤粉的附著、撞擊，風口、送風管可能會破損。另外，為了使從外側管吹出的氧氣相對于噴槍中心的吹出角度為30°以上，噴槍前端部的加工困難，并且容易因煤粉的附著、堵塞而產生噴槍的熔損，因此不實用。
[0016]另外，如果如上述專利文獻4所述使噴槍的前端部位于比風口縮徑部的小徑部更靠爐內側的位置，則由于通過縮徑部的熱風流的紊流而導致煤粉以必要以上的程度分散，風口、送風管可能會破損。
[0017]本發明是著眼于上述問題而進行的，其目的在于提供能夠在不損壞風口、送風管的情況下提高燃燒溫度、結果能夠減少排放的CO2的高爐操作方法。
[0018]用于解決問題的方法
[0019]為了實現上述目的，本發明提供如下所述的高爐操作方法。
[0020](I) 一種高爐操作方法，其中，
[0021]準備揮發成分為25質量％以下的煤粉，
[0022]準備用于從風口吹入煤粉和助燃性氣體的具有內側管和外側管的兩根二重管噴槍，
[0023]從所述風口吹入熱風，
[0024]從所述兩根二重管噴槍的內側管以150kg/噸生鐵以上的煤粉比將所述煤粉與輸送氣體一同吹入，
[0025]從所述兩根二重管噴槍的外側管吹入助燃性氣體，
[0026]由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上。
[0027](2)如(I)所述的高爐操作方法，其中，以使從所述兩根二重管噴槍吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉。
[0028](3)如(2)所述的高爐操作方法，其中，使所述兩根二重管噴槍前端部的軸線不交叉。
[0029](4)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述二重管噴槍向送風管中的插入角度為45°以下。
[0030](5)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述助燃性氣體為氧氣，從所述二重管噴槍的外側管吹入在送風中富集的氧氣的一部分。
[0031](6)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉具有3質量％以上且25質量％以下的揮發成分。
[0032](7)如(I)所述的高爐操作方法，其中，從所述二重管噴槍的外側管吹入的助燃性氣體具有20~120m/秒的出口流速。
[0033](8)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上。
[0034](9)如⑴所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
[0035](10)如(9)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
[0036](11)如(10)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
[0037](12)如⑶所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
[0038](13)如(9)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
[0039](14)如(I)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
[0040](15)如(14)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
[0041](16)如(15)所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
[0042](17)如⑴所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
[0043](18)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵。
[0044](19)如(I)所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
[0045](20)如(I)至(19)中任一項所述的高爐操作方法，其中，在所述煤粉中加入由廢塑料、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料、CDQ集塵焦炭構成的組中的至少一種。
[0046](21)如(20)所述的高爐操作方法，其中，以使所述煤粉的比例為80質量％以上的方式使用所述廢塑料、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料、CDQ集塵焦炭。
[0047]發明效果
[0048]根據本發明的高爐操作方法，將用于從風口吹入燃料的噴槍設定為二重管，從兩根二重管噴槍的各個內側管將煤粉與輸送氣體一同吹入，同時從兩根二重管噴槍的各個外側管吹入助燃性氣體，并使二重管噴槍中的由輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上，由此，即使是煤粉的揮發成分為25質量％以下且煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作，也能夠提高燃燒溫度，結果能夠減少排放的C02。另外，當煤粉比為170kg/噸以上時，通過使二重管噴槍中的由輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度小于70體積％，能夠抑制氧氣等助燃性氣體的單耗。
[0049]另外，通過以使從兩根二重管噴槍的內側管吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉，能夠防止煤粉流的富集，從而能夠確保燃燒效率。[0050]另外，通過使兩根二重管噴槍前端部的軸線不交叉，能夠使從兩根二重管噴槍的內側管吹入的煤粉流確實地不重疊。
[0051]另外，通過使二重管噴槍向送風管中的插入角度為45°以下，能夠抑制從噴槍前端噴出的射流的紊流。
[0052]另外，通過從二重管噴槍的外側管吹入在送風中富集的氧氣的一部分作為助燃性氣體，能夠在不損害高爐內的氣體平衡的情況下避免氧氣的過量供給。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]圖1是表示應用本發明的高爐操作方法的高爐的一個實施方式的縱剖面圖。
[0054]圖2是從圖1的噴槍僅吹入煤粉時的燃燒狀態的說明圖。
[0055]圖3是圖2的煤粉的燃燒機理的說明圖。
[0056]圖4是吹入煤粉和氧氣時的燃燒機理的說明圖。
[0057]圖5是燃燒實驗裝置的說明圖。
[0058]圖6(a)~(C)是煤粉流富集的說明圖。
[0059]圖7是圖1的噴槍的吹入前端部的詳圖。
[0060]圖8是圖7的噴槍以及由直管構成的噴槍的煤粉流的說明圖。
[0061]圖9是表示煤粉比為150kg/噸以上且小于170kg/噸時，噴槍供給氣體中的氧濃度與燃燒率的關系的圖。
[0062]圖10是表示煤粉比為170kg/噸以上時，噴槍供給氣體中的氧濃度與燃燒率的關系的圖。
[0063]圖11(a)和圖11(b)是噴槍向送風管中的插入角度的說明圖。
[0064]圖12是將噴槍前端與風口前端內面的徑向距離圖示化的說明圖。
[0065]圖13是表示噴槍的出口流速與噴槍表面溫度的關系的說明圖。
【具體實施方式】
[0066]接著，參考附圖對本發明的高爐操作方法的一個實施方式進行說明。
[0067]圖1是應用本實施方式的高爐操作方法的高爐的整體圖。如圖所示，在高爐I的風口 3中連接有用于吹送熱風的送風管2，并且貫通該送風管2而設置有噴槍4。在風口 3的熱風吹送方向前方的焦炭堆積層上，存在被稱為回旋區5的燃燒空間，主要在該燃燒空間中進行還原材料的燃燒、氣化。
[0068]圖2示出了從噴槍4僅吹入作為固體還原材料的煤粉6時的燃燒狀態。從噴槍4通過風口 3吹入到回旋區5內的煤粉6的揮發成分和固定碳與焦炭7 —起燃燒，釋放出揮發成分后殘留下來的通常被稱為炭的碳與灰分的集合體作為未燃燒炭8從回旋區排出。風口 3的熱風吹送方向前方的熱風速度約為200米/秒，從噴槍4的前端到回旋區5內存在氧氣的區域約為0.3~0.5米，因此實質上需要以1/1000秒的水平改善煤粉粒子的升溫以及與氧氣的接觸效率(分散性)。
[0069]圖3示出了從噴槍4向送風管2內僅吹入煤粉(圖中，PC:pulverized Coal) 6時的燃燒機理。從風口 3吹入到回旋區5內的煤粉6的粒子通過來自回旋區5內的火焰的輻射傳熱而被加熱，進而通過輻射傳熱、傳導傳熱使粒子溫度急劇上升，從升溫至300°C以上的時刻開始熱分解，揮發成分著火而形成火焰，燃燒溫度達到1400~1700°C。如果揮發成分釋放，則形成上述的炭8。由于炭8主要為固定碳，因此在燃燒反應的同時，也產生溶損反應、氫轉移反應等被稱為碳溶解反應的反應。
[0070]圖4不出了從噴槍4向送風管2內與煤粉6 —同吹入作為助燃性氣體的氧氣9時的燃燒機理。示出的是煤粉6和氧氣9的吹入方法為簡單地平行吹入的情況。需要說明的是，圖中的雙點劃線示出了圖3所示的僅吹入煤粉時的燃燒溫度作為參考。可以認為，在這樣同時吹入煤粉和氧氣的情況下，在噴槍附近促進了煤粉與氧氣的混合，煤粉從更早的時期開始燃燒，由此，在靠近噴槍的位置，燃燒溫度進一步上升。
[0071]基于這種見解，使用圖5所示的燃燒實驗裝置進行了燃燒實驗。模擬高爐內部，在實驗爐11中填充有焦炭，可以從觀察窗對回旋區15的內部進行觀察。在送風管12中插入噴槍14，使得能夠以規定的送風量向實驗爐11內吹送由燃燒器13產生的熱風作為從熱風爐向高爐吹送的熱風。另外，還可以通過該送風管12調整送風的氧氣富集量。噴槍14可以向送風管12內吹入煤粉和氧氣中的任意一者或兩者。實驗爐11中產生的廢氣在稱作旋風分離器的分離裝置16中被分離為廢氣和粉塵，廢氣被送至助燃爐等廢氣處理設備，粉塵被收集到收集箱17中。
[0072]煤粉的參數為固定碳(FC=Fixed Carbon) 71.4 %、揮發成分(VM =VolatileMatter) 19.5%、灰分(Ash)9.1%.送風條件設定為送風溫度1200°C、流量300Nm3/小時、風口前端風速130m/秒、氧氣富集6% (氧濃度為27.0%，即相對于空氣中的氧濃度21%，富集了 6.0% )。作為煤粉吹入條件，噴槍14使用二重管噴槍，從二重管噴槍的內側管吹入煤粉，從二重管噴槍的外側管吹入氧氣作為助燃性氣體。將煤粉與輸送氣體一同吹入，煤粉的輸送氣體使用氮氣。另外，對于煤粉與輸送煤粉的輸送氣體的固氣比而言，在以較少的氣體量輸送粉體、即煤粉的方式(高濃度輸送)中，固氣比為10~25kg/Nm3，在以大量的氣體進行輸送的方式(低濃度輸送)中，固氣比為5~10kg/Nm3。輸送氣體除了氮氣以外,還可以使用空氣。接著，在10kg/噸~180kg/噸之間對煤粉比進行各種改變，特別是對煤粉流的變化進行了實驗。需要說明的是，在吹入氧氣作為助燃性氣體時，使用在送風中富集的氧氣的一部分，從而使吹入到爐內的氧氣總量不變。另外，作為助燃性氣體，也可以使用富氧空氣。
[0073]通過該實驗，本發明人進一步得到以下見解。即，在從二重管噴槍的內側管吹入煤粉、從外側管吹入助燃性氣體即氧氣時，即使煤粉的揮發成分為25質量％以下，只要是煤粉比小于150kg/噸的低煤粉比操作，則通過提高氧濃度，燃燒溫度也會提高。然而，在煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作中，即使提高氧濃度，燃燒溫度也不會提高。在煤粉比為150kg/噸以上的區域中，在氧濃度約為35體積％時燃燒溫度達到飽和。這是因為，如后所述，從二重管噴槍的內側管吹入的煤粉集中在吹入流的中央部分(也稱為富集)，難以與從二重管噴槍的外側管吹入的氧氣接觸，或者無法接觸。因此，在本發明中，使用兩根二重管噴槍，并減少從各個二重管噴槍的內側管吹入的煤粉量。另一方面，即使在使用兩根二重管噴槍時，在煤粉比為170kg/噸以上的區域中，在氧濃度約為70體積％時，燃燒溫度也會達到飽和而無法提高。即，即使在此濃度以上提高氧濃度，也只會增加氧氣單耗而不會提高燃燒效率。
[0074]圖6 (a)示出了煤粉比小于150kg/噸的低煤粉比操作狀態下的煤粉流。在實驗中，由于噴槍形狀為一定直徑的直管，因此煤粉的分散寬度大致恒定。在這種煤粉比低的情況下，在分散寬度內煤粉流形成大致均勻的濃度。然而，在煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作狀態下，如圖6(b)所示，分散寬度內的中央部發生富集，特別是在煤粉比為170kg/噸以上的高煤粉比操作狀態下，煤粉流的中央部顯著富集。由于氧氣從二重管噴槍的外側管吹入，因此在煤粉流的中央部富集的煤粉不與氧氣接觸而直接以未燃燒的狀態進入到爐內，使高爐內的通風變差。即使為了促進與氧氣的接觸而增加氧氣的吹入量，如圖6(c)所示，如果氧氣的吹入量達到一定量以上，則煤粉流也只是在周圍的氧氣流的中央部更加富集，沒有實質性地促進與氧氣的接觸，如后所述燃燒溫度達到飽和。
[0075]因此，在本實施方式中，如圖7所示，使用兩根二重管噴槍，從這些二重管噴槍4的各個內側管吹入煤粉，從各個外側管吹入作為助燃性氣體的氧氣。這時重要的是，使從兩根二重管噴槍4吹入的煤粉流不重疊。即，以使兩條煤粉流不重疊的方式配置二重管噴槍4。具體而言，如圖7所示，以使兩根二重管噴槍4的軸線、特別是它們前端部的軸線不交叉的方式使兩根二重管噴槍4偏心配置即可。
[0076]例如，如圖8所示，如果兩條煤粉流重疊，則在重疊的部分煤粉流富集，阻礙了與氧氣的接觸，燃燒溫度可能飽和或者降低。如果從兩根二重管噴槍4吹入的兩條煤粉流不重疊，則各個二重管噴槍4的煤粉流的煤粉量與使用單一噴槍吹入時相比為1/2的煤粉吹入量，因此燃燒溫度不易飽和，能夠提高燃燒溫度，結果能夠提高煤粉比，減少排放的C02。
[0077]但是，如后所述，即使在使用兩根二重管噴槍4時，在煤粉比為170kg/噸以上的區域中，難以抑制、防止上述煤粉流的富集，特別是當氧濃度為70體積％以上時，燃燒溫度達到飽和。
[0078]圖9中，用燃燒率表示在煤粉比為150kg/噸以上且小于170kg/噸、煤粉的揮發成分為25質量％以下、送風條件恒定、氧富集率恒定的條件下，僅使用一根二重管噴槍4時和使用兩根二重管噴槍4(偏心)時的燃燒溫度。兩種情況下，均從二重管噴槍4的內側管吹入煤粉，從外側管吹入氧氣作為助燃性氣體。由該圖可知，在僅使用一根二重管噴槍4的情況下，當噴槍中由輸送煤粉的輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上時，燃燒溫度達到飽和。即，在二重管噴槍4為一根時，即使使氧濃度為35體積％以上，燃燒溫度也不會提高。與此相對，在以偏心的方式使用兩根二重管噴槍4時，即使由輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上，燃燒溫度也會提高。這表示在煤粉比為150kg/噸以上且小于170kg/噸的區域中，從各個二重管噴槍4吹入的煤粉流未發生富集。
[0079]但是，另一方面，即使在使用兩根二重管噴槍4的情況下，當煤粉比為170kg/噸以上時,如圖10所示，如果噴槍中由輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為70體積％以上，則燃燒溫度也會達到飽和，即使在此濃度以上提高氧濃度，燃燒溫度也不會提高。即，在煤粉比為170kg/噸以上的區域中，當噴槍中由輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為70體積％以上時，只會增加氧氣單耗而不會改善燃燒效率。因此，即使在使用兩根二重管噴槍4的情況下，當煤粉比為170kg/噸以上時，也要使噴槍中由輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度小于70體積％，優選設定為40體積％以上且65體積％以下，更優選設定為45體積％以上且60體積％以下。另外，煤粉比的上限設定為300kg/噸以下，優選設定為250kg/噸以下。[0080]此外，對于噴槍與送風管所成的角度、即噴槍相對于送風方向的插入角度，本發明人在改變噴槍前端與風口前端內面的徑向距離的同時進行了試驗。二重管噴槍為同軸的二重管，如上所述優選為直管。對于直管而言，根據噴槍與送風管所成的插入角度、即噴槍相對于送風方向的插入角度，從噴槍前端噴出的射流會產生紊流，因此需要規定噴槍與送風管的插入角度。例如，如圖11(a)所示，當噴槍4與送風管2的插入角度(噴槍4相對于送風方向的插入角度)Θ小時，沿著噴槍4流動的熱風流的變化平緩，因此沿著噴槍4流動的熱風在噴槍前端的紊流少，煤粉流的分散寬度小。另一方面，如圖11(b)所示，當噴槍4與送風管2的插入角度(噴槍4相對于送風方向的插入角度)Θ大時，沿著噴槍4流動的熱風流的變化急劇，因此沿著噴槍4流動的熱風在噴槍前端的紊流多，煤粉流的分散寬度大。煤粉流如果在燃燒后擴散，則燃燒溫度提高，但如果在燃燒前分散，則燃燒溫度無法提高，燃燒效率不好。
[0081]圖12以噴槍前端與風口前端內面的徑向距離的矩陣的形式對此進行了圖示化。對于噴槍前端與風口前端內面的徑向距離，用一(負號)表示噴槍前端位于比風口前端內面更靠徑向外側的位置的情況，用+(正號)表示位于更靠徑向內側的位置的情況。在該噴槍前端與風口前端內面的徑向距離和噴槍4與送風管2的插入角度(噴槍4相對于送風方向的插入角度)Θ的矩陣中，用〇表示煤粉的燃燒性良好的情況，用X表示煤粉的燃燒不好的情況。在噴槍4與送風管2的插入角度(噴槍4相對于送風方向的插入角度)Θ為45°以下的情況下，當噴槍前端位于比風口前端內面更靠徑向內側的位置時，未觀察到燃燒性的下降，但如果噴槍4與送風管2的插入角度(噴槍4相對于送風方向的插入角度)Θ超過45°，則即使噴槍前端位于比風口前端內面更靠徑向內側的位置，也會觀察到燃燒性的下降。由此可知，噴槍4與送風管2的插入角度(噴槍4相對于送風方向的插入角度)Θ優選設定為45°以下。另外，當噴槍前端位于比風口前端內面的中心更靠下方的一(負號)位置時，從噴槍吹出的煤粉流會撞擊到風口內面，因此用X表示。
[0082]另外，如果將如端彎曲而使如端部位沿著送風方向，則能夠抑制從嗔槍如端嗔出的射流的紊流。當彎曲的前端部位短時，從內側管吹入的煤粉流和從外側管吹入的氧氣容易產生紊流，因此彎曲的前端部位需要至少設定為200mm以上，優選設定為300mm以上。
[0083]另外，隨著如上所述的燃燒溫度的上升，二重管噴槍的外側管容易暴露在高溫中。噴槍例如由不銹鋼鋼管構成。雖然也有在噴槍的外側實施了被稱為所謂水套的水冷的例子，但其無法覆蓋到噴槍前端。特別是已知該水冷達不到的二重管噴槍的外側管的前端部容易因熱而變形。如果噴槍變形即彎曲，則無法將氣體、煤粉吹入到所希望的部位，并且還會給作為消耗品的噴槍的更換操作帶來障礙。另外，也可以想到煤粉流會發生變化而撞擊到風口，這種情況下風口可能會損壞。另外，如果二重管噴槍的外側管彎曲，則與內側管的間隙被阻塞，氣體無法從外側管流動時，二重管噴槍的外側管會發生熔損，根據情況還存在送風管破損的可能性。如果噴槍變形或損耗，則不能確保上述的燃燒溫度，進而也無法降低還原材料單耗。
[0084]為了冷卻無法進行水冷的二重管噴槍的外側管，只能通過在內部流動的氣體進行冷卻。在通過向在內部流動的氣體散熱來對例如二重管噴槍的外側管自身進行冷卻的情況下，認為氣體的流速會給噴槍溫度帶來影響。因此，本發明人對于從二重管噴槍的外側管吹入的氣體的流速進行了各種改變，并測定了噴槍表面的溫度。實驗通過從二重管噴槍的外側管吹入氧氣、從內側管吹入煤粉而進行，氣體的流速調整通過增減從外側管吹入的氧氣的供給量而進行。需要說明的是，氧氣可以是富氧空氣，使用2%以上、優選10%以上的富氧空氣。通過使用富氧空氣，除了冷卻之外，還可以實現煤粉燃燒性的提高。將測定結果示于圖13中。
[0085]二重管噴槍的外側管使用被稱為20A Schedule5S的鋼管。另外，二重管噴槍的內側管使用被稱為15A Schedule90的鋼管,對于從外側管吹入的氧氣和氮氣的合計流速進行各種改變，并測定噴槍表面的溫度。順帶說明，“15A”、“20A”是JIS G3459中規定的鋼管外徑的公稱尺寸，15A表示外徑為21.7mm, 20A表示外徑為27.2mm。另外，“Schedule”是JISG3459中規定的鋼管壁厚的公稱尺寸，20A Schedule5S表示1.65mm，15A Schedule90表示3.70_。需要說明的是，除了不銹鋼鋼管以外，也可以使用普通鋼。這種情況下鋼管的外徑由JIS G3452規定，壁厚由JIS G3454規定。
[0086]如該圖中雙點劃線所示，隨著從二重管噴槍的外側管吹入的氣體的流速的增加，噴槍表面的溫度成反比地下降。在將鋼管用于二重管噴槍時，如果二重管噴槍的表面溫度超過880°C，則會產生蠕變變形，二重管噴槍會發生彎曲。因此，在二重管噴槍的外側管使用20A Schedule5S的鋼管且二重管噴槍的表面溫度為880°C以下的情況下，二重管噴槍的外側管的出口流速為20米/秒以上。并且，當二重管噴槍的外側管的出口流速為20米/秒以上時，二重管噴槍不會產生變形、彎曲。另一方面，如果二重管噴槍的外側管的出口流速超過120米/秒，則從設備的運轉成本的觀點考慮是不實用的，因此將二重管噴槍的外側管的出口流速的上限設定為120米/秒。順帶說明，由于單管噴槍的熱負荷小于二重管噴槍，因此根據需要使出口流速為20米/秒以上即可。
[0087]在上述實施方式中，使用平均粒徑為10~100 μ m的煤粉，當確保燃燒性并且考慮從噴槍供給以及對噴槍的供給性時，優選設定為20~50 μ m。煤粉的平均粒徑小于20 μ m時，燃燒性優良，但在輸送煤粉時(氣體輸送)噴槍容易堵塞，如果超過50 μ m，則煤粉燃燒
性可能會變差。
[0088]另外，對于能夠作為從二重管噴槍的內側管吹入的煤粉使用的材料而言，除了具有25質量％以下的揮發成分的煤以外，還可以使用無煙煤作為固體還原材料。無煙煤具有3~5質量％的揮發成分。因此，在本發明中，使用的煤粉表現為包括無煙煤在內的、具有3質量％以上且25質量％以下的揮發成分的煤粉。
[0089]另外，吹入的固體還原材料以煤粉為主，其中也可以使用廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(b1mass)、廢料、⑶Q集塵焦炭。⑶Q集塵焦炭是在干式熄火裝置(OTQ)中集塵而得到的焦炭粉。使用時，煤粉相對于全部固體還原材料的比優選設定為80質量％以上。即，由于煤粉和廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(b1mass)、廢料、⑶Q集塵焦炭等通過反應所產生的熱量不同，因此，如果彼此的使用比率接近，則燃燒容易產生不均勻，操作容易變得不穩定。另外，與煤粉相比，廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(b1mass)、廢料等通過燃燒反應所產生的發熱量較低，因此如果大量吹入，則對于從爐頂裝入的固體還原材料的替代效率下降，另外，雖然CDQ集塵焦炭的發熱量高，但由于沒有揮發成分因而難以著火，替代效率下降，因此優選使煤粉的比例為80質量％以上。
[0090]另外，廢塑料、廢棄物固體燃料(RDF)、有機資源(b1mass)、廢料可以以6mm以下、優選3_以下的細粒的形式與煤粉一起使用。另外，CDQ集塵焦炭可以直接使用。與煤粉的比例可以通過與輸送氣體所運送的煤粉合流而混合來實現。也可以預先與煤粉混合使用。
[0091]如上所述，在本實施方式的高爐操作方法中，將用于從風口 3吹入燃料的噴槍4設定為二重管，從兩根二重管噴槍4的各個內側管吹入煤粉，同時從兩根二重管噴槍4的各個外側管吹入氧氣(助燃性氣體)，并使由輸送煤粉的輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上，由此，即使是煤粉的揮發成分為25質量％以下且煤粉比為150kg/噸以上的高煤粉比操作，也能夠提高燃燒溫度，結果能夠減少排放的C02。另外，當煤粉比為170kg/噸以上時，通過使由輸送煤粉的輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度小于70體積％，能夠抑制氧氣單耗。
[0092]另外，通過以使從兩根二重管噴槍4的內側管吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉，能夠防止煤粉流的富集，從而能夠確保燃燒效率。
[0093]另外，通過以使兩根二重管噴槍4前端部的軸線不重疊的方式偏心，能夠使從兩根二重管噴槍4的內側管吹入的煤粉流確實地不重疊。
[0094]另外，通過使二重管噴槍4向送風管2中的插入角度為45°以下，能夠抑制從噴槍前端噴出的射流的紊流。
[0095]另外，通過從二重管噴槍4的外側管吹入在送風中富集的氧氣的一部分(作為助燃性氣體)，能夠在不損害高爐內的氣體平衡的情況下避免氧氣的過量供給，并且能夠減少使用的氧氣的單耗。
[0096]標號說明
[0097]I 高爐
[0098]2送風管
[0099]3 風口
[0100]4 噴槍
[0101]5回旋區
[0102]6 煤粉
[0103]7 焦炭
[0104]8 炭
[0105]9 氧氣
【權利要求】
1.一種高爐操作方法，其中， 準備揮發成分為25質量％以下的煤粉， 準備用于從風口吹入煤粉和助燃性氣體的具有內側管和外側管的兩根二重管噴槍， 從所述風口吹入熱風， 從所述兩根二重管噴槍的內側管以150kg/噸生鐵以上的煤粉比將所述煤粉與輸送氣體一同吹入， 從所述兩根二重管噴槍的外側管吹入助燃性氣體， 由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上。
2.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，以使從所述兩根二重管噴槍吹入的煤粉流不重疊的方式吹入煤粉。
3.如權利要求2所述的高爐操作方法，其中，使所述兩根二重管噴槍前端部的軸線不交叉。
4.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述二重管噴槍向送風管中的插入角度為45°以下。
5.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述助燃性氣體為氧氣，從所述二重管噴槍的外側管吹入在送風中 富集的氧氣的一部分。
6.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉具有3質量％以上且25質量％以下的揮發成分。
7.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，從所述二重管噴槍的外側管吹入的助燃性氣體具有20~120m/秒的出口流速。
8.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上。
9.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
10.如權利要求9所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
11.如權利要求10所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
12.如權利要求8所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
13.如權利要求9所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為170kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
14.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
15.如權利要求14所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為40體積％以上且65體積％以下。
16.如權利要求15所述的高爐操作方法，其中，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為45體積％以上且60體積％以下。
17.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且300kg/噸生鐵以下。
18.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵。
19.如權利要求1所述的高爐操作方法，其中，所述煤粉比為150kg/噸生鐵以上且小于170kg/噸生鐵，由所述輸送氣體和助燃性氣體構成的氣體的氧濃度為35體積％以上且小于70體積％。
20.如權利要求1至19中任一項所述的高爐操作方法，其中，在所述煤粉中加入由廢塑料、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料、CDQ集塵焦炭構成的組中的至少一種。
21.如權利要求20所述的高爐操作方法，其中，以使所述煤粉的比例為80質量％以上的方式使用所述廢塑料、廢棄物固體燃料、有機資源、廢料、CDQ集塵焦炭。
【文檔編號】C21B5/00GK104039985SQ201280064116
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年3月1日 優先權日:2011年12月21日
【發明者】村尾明紀, 藤原大樹, 渡壁史朗 申請人:杰富意鋼鐵株式會社