高爐的操作方法以及鐵水的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及高爐的操作方法以及鐵水的制造方法。
【背景技術】
[0002] 高爐中，使用焦炭等將鐵礦石等氧化鐵原料還原來制造鐵水。一般而言，高爐的操 作中，從穩定操作和設備方面制約的觀點出發，需要將高爐的爐頂溫度和風口附近的溫度 控制在規定的溫度范圍。以往，從節省資源等的觀點出發，為了抑制焦炭的用量，提出了向 高爐內吹送粉煤的技術。
[0003]例如，專利文獻1著眼于風口前的循環區內的燃燒溫度，提出了在粉煤吹送量固 定的操作下將廢料或還原鐵等金屬鐵裝入高爐內，由此降低焦比。另外，使用高爐制造鐵水 的情況下，要求充分利用高爐的能力，提升高爐的每單位容積的鐵水的制造量。作為表示這 種生鐵的制造量的指標，采用了出鐵比。專利文獻1中記載了出鐵比達到2. 19~2. 40噸 / 天 /m3。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2001-234213號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的問題
[0008]高爐的操作被要求進一步的效率化，要求相比以往進一步提高出鐵比、提升生產 率。增加出鐵比有兩種方法。一種有效的方法是增加向高爐吹送的富氧空氣。然而，增加 空氣和氧氣等的吹送量時，在爐內上升的氣速變大。其結果，在高爐內變得容易發生結瘤、 崩料和流化，擔心給高爐的穩定操作帶來障礙。因此，空氣的吹送量的增加有限度。另一種 方法是提高空氣中含有的氧氣濃度的方法。將富氧空氣中的氧氣濃度與大氣中的氧氣濃度 之差稱為富氧率。只要增加富氧率，就能夠增加向爐內吹送的氧氣量卻不使空氣的吹送量 增加。其結果，能夠維持著高爐操作的穩定性地提高出鐵比。
[0009]富氧空氣的富氧率過度變高時，富氧空氣中含有的氮氣等非活性氣體的量相對地 變少，非活性氣體產生的顯熱減少。其結果，高爐內的溫度下降。爐內溫度下降時，鐵礦石等 氧化鐵原料的還原變得不充分，擔心高爐的穩定操作會受損。另外，與此同時，高爐的爐頂 溫度下降。爐頂溫度下降時，鋅等金屬在高爐上部析出，擔心給高爐的穩定操作帶來障礙。
[0010] 此外，高爐的操作中，要求削減焦炭的用量，由此削減操作成本以及削減溫室效應 氣體的排出。焦炭在高爐內起著氧化鐵原料的還原劑的作用，并且與空氣中的氧氣反應而 產生還原所需的熱。由風口吹送的粉煤代替這種焦炭的功能。因此，通過使粉煤的吹送量 增加，能夠削減焦炭的用量。
[0011] 本發明是鑒于上述情況而做出的，目的在于提供能夠維持高爐的穩定操作并充分 提高出鐵比的高爐的操作方法。另外，本發明的目的在于提供能夠維持高爐的穩定操作并 充分提尚出鐵比的鐵水的制造方法。
[0012]用于解決問題的方案
[0013] 本發明人等為了探索能夠增加出鐵比的運轉狀態，對于高爐的操作狀態進行了各 種研宄。結果發現，通過在裝入部分還原鐵的同時調整富氧率、粉煤的吹送量和焦炭的裝入 量，能夠維持高爐的穩定操作并增加出鐵比，從而完成了本發明。
[0014] 即，本發明提供一種高爐的操作方法，在由高爐的爐頂裝入氧化鐵原料、焦炭和部 分還原鐵的同時，由高爐的風口吹送粉煤和富氧空氣，將氧化鐵原料還原而得到鐵水，所述 方法具有：第1工序，邊監視爐頂溫度1_處于規定的溫度范圍邊調整焦炭的裝入量；第2 工序，邊監視爐內空塔氣速u和爐頂溫度T_處于規定的范圍邊調整粉煤的吹送量；第3工 序，邊監視風口的燃燒溫度Tf和爐頂溫度于規定的范圍邊調整富氧空氣的富氧率； 以及第4工序，根據爐內空塔氣速u的值來判斷是否需要調整富氧空氣的吹送量。
[0015] 若采用上述的操作方法，則能夠維持高爐的穩定操作并充分提高出鐵比。另外，與 此同時，還能夠削減焦炭的用量。即，由高爐的爐頂裝入部分還原鐵作為原料的一部分時， 氧化鐵的還原反應所需的熱量減少，因此爐內的溫度上升、爐頂溫度T_上升。其結果，與 不裝入部分還原鐵的情況相比，能夠將爐頂溫度T_維持在適應范圍地進一步提高富氧率， 能夠提高出鐵比。另外，由于氧化鐵的還原反應所需的熱量減少，能夠削減作為熱源的焦炭 的用量。
[0016] 使富氧率增加時，風口的燃燒溫度Tf上升。風口的燃燒溫度Tf上升時，氧化鐵原 料、焦炭中含有的Si02主體的灰分在風口前揮發，然后在上部的填充層部分析出而填埋空 隙，結果爐內的透氣性有變差的傾向。因此，例如使粉煤的吹送量增加對于抑制風口的燃燒 溫度1的上升來說有效。如此，通過使粉煤的吹送量增加，粉煤的熱解需要的熱量消耗量 增大，能夠抑制風口的燃燒溫度乙的上升。
[0017] 另一方面，使粉煤的吹送量增加時，在爐內產生的氣體量變大、爐內空塔氣速u變 大，容易發生結瘤、崩料或流化等現象。因此，使粉煤的吹送量增加時，優選調整高爐的操作 狀態而不使這些現象發生。本發明中，裝入部分還原鐵作為原料的一部分的情況下，在調整 焦炭的裝入量、富氧空氣的富氧率和粉煤的吹送量的同時，判斷是否需要調整富氧空氣的 吹送量。由此，與不進行這樣的調整和判斷的情況相比，在使富氧率增加而提高出鐵比的同 時，可以削減焦炭的用量。
[0018] 調整富氧空氣的富氧率的情況下，可以根據風口的燃燒溫度Tf和爐頂溫度T_是 否處于規定的范圍的判斷結果來調整粉煤的吹送量。由此，即使富氧率變化，仍能夠將風口 的燃燒溫度Tf和爐頂溫度T_維持在優選的范圍。因此，即使相比以往提高了富氧率，仍能 夠維持穩定操作。
[0019] 另外，粉煤的吹送量增加時，爐內空塔氣速變高，有容易發生結瘤、崩料或流化的 傾向。為了避免這種現象，可以根據爐內空塔氣速是否處于規定的范圍的判斷結果來調整 焦炭的裝入量和/或富氧空氣的吹送量。由此，能夠維持高爐的穩定操作并提高出鐵比。另 外，還可以降低焦比、減低原料成本。
[0020] 在增加部分還原鐵的裝入量時，第1工序中，可以在爐頂溫度Tt()p滿足下述式（1) 的范圍內使焦炭的裝入量減少。由此，可以維持高爐的穩定運轉，并且削減焦炭的用量。
[0021] Ttop^ T topfflin (1)
[0022] 在此，式⑴中，Tt_n表示于120°C以下的范圍內設定的任意溫度。
[0023]第2工序中，可以在爐內空塔氣速u和爐頂溫度1^分別滿足下述式（2)和式（3) 的范圍內使粉煤的吹送量增加。
[0024]u彡umax (2)
[0025]Ttop^Ttopfflax (3)
[0026] 在此，式⑵中，umax表示于100~150m/秒的范圍內設定的任意流速。式（3)中， 表示于18〇°C以上的范圍內設定的任意溫度。
[0027] 第3工序中，可以在燃燒溫度Tf和爐頂溫度Tt()p滿足下述式（4)和上述式⑴的 范圍內使富氧率增加。
[0028]Tf^Tffflax (4)
[0029] 在此，式⑷中，Tfmax表示于2300°C以上的范圍內設定的任意溫度。
[0030] 第4工序中，判斷爐內空塔氣速u是否滿足上述式（2)，不滿足上述式（2)時，可以 使富氧空氣的吹送量減少以使爐內空塔氣速u滿足上述式（2)。可以使高爐的操作充分穩 定并進一步提尚出鐵比。
[0031] 通過例如按照該順序進行第1工序、第2工序、第3工序和第4工序，可以避免風 口的燃燒溫度Tf過度上升和爐頂溫度T_過度下降，充分維持高爐的穩定操作。另外，可以 避免爐內空塔氣速u過度變高，并且實現焦比的減低和富氧空氣的流量的增加，因此能夠 以高水準地兼顧焦比的減低和出鐵比的提升。
[0032] 在第4工序之后，爐內空塔氣速u滿足下述式（7)的情況下或者爐頂溫度T_滿足 下述式（8)的情況下，可以根據需要進行以下的操作。即，可以使富氧空氣的吹送量增加， 此后反復進行第1工序、第2工序、第3工序和第4工序。由此，可以充分利用高爐的裝置 能力，進一步提尚出鐵比。
[0033] u<ufflax (7)
[0034] Ttop>Ttopfflin (8)
[0035] 第2工序中，可以以每噸鐵水超過130kg的范圍調整粉煤的吹送量。通過以該范 圍吹送粉煤，可以維持高爐的穩定操作并進一步提高出鐵比。
[0036] 關于部分還原鐵的裝入量，可以在每噸鐵水100~600kg的范圍內調整，也可以在 每噸鐵水100~300kg的范圍內調整。通過以該范圍裝入部分還原鐵，可以維持尚爐的穩 定操作并進一步提尚出鐵比。
[0037] 第3工序中，可以在超過8%且16%以下的范圍內調整富氧率。通過使富氧率為 該范圍，可以維持尚爐的穩定操作并進一步提尚出鐵比。
[0038] 本發明還提供一種高爐的操作方法，制造在由高爐的爐頂裝入氧化鐵原料、焦炭 和部分還原鐵的同時，由高爐的風口吹送粉煤和富氧空氣，將氧化鐵原料還原而得到鐵水， 其中，在將富氧空氣的富氧率記作X (% )以及將每噸鐵水的粉煤的吹送量記作y(kg/噸） 時，x和y滿足下述式（9)和（10)。
[0039] 25x-175 <y< 31x+31 (9)
[0040] y> 130 (10)
[0041] 本發明的高爐的操作方法中，裝入部分還原鐵并提高粉煤的吹送量以超過130kg/ 噸。因此，可以降低焦比、增加富氧空氣的吹送量。使該粉煤的吹送量符合富氧率且為規定 的范圍、即在滿足式（9)的范圍內。因此，可以穩定地持續高爐的