高爐操作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及高爐的操作方法，該方法經由高爐風口向爐內鼓入助燃性氣體、并同時鼓入粉煤等固體還原材料和LNG等易燃性的氣體還原材料。
【背景技術】
[0002]近年來，由二氧化碳排放量的增加引起的全球變暖問題已被指出，而這對于鋼鐵行業而言也是重要的課題。針對該課題，在最近的高爐中，低還原材料比(每制造I噸生鐵時，從風口鼓入的還原材料和從爐頂裝入的焦炭的總量)操作得到了推進。高爐主要使用焦炭及粉煤作為還原材料。因此，為了實現低還原材料比操作、進而實現二氧化碳排放量的抑制，將焦炭等置換為廢塑料、或LNG、重油等氫含有率高的還原材料的方法是有效的。
[0003]下述專利文獻I中公開的技術是使用多個噴槍(Iance)，通過將固體還原材料、氣體還原材料及助燃性氣體分別從各個噴槍鼓入來促進固體還原材料的升溫，從而使燃燒效率提高，進而抑制未燃粉、焦炭粉的產生，謀求通氣的改善，由此來削減還原材料比的方法。另外，下述專利文獻2公開了如下的技術:使噴槍為同心多重管型，從內管鼓入助燃性氣體，從內管與外管之間鼓入氣體還原材料和固體還原材料。另外，下述專利文獻3中提出了在噴槍主管的周圍并列多個小徑管的方案。此外，下述專利文獻4中公開了一種多管噴嘴，其是在向熔融還原爐鼓入助燃性氣體和燃料的情況下，在燃料供給管的外側平行且相分離地配置多個鼓入管，從而使得即使在一個噴嘴發生損耗時也能夠始終保持助燃性氣體與燃料的混合狀態。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2007-162038號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2011-174171號公報
[0008]專利文獻3:日本特開平11-12613號公報
[0009]專利文獻4:日本實開平3-38344號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的問題
[0011]對于也鼓入氣體還原材料這一點而言，上述專利文獻I中記載的高爐操作方法與從風口僅鼓入固體還原材料(粉煤)的方法相比，在燃燒溫度的提高、還原材料單位消耗的減少方面是有效的，但其效果尚不充分。另外，對于上述專利文獻2中公開的套管噴槍而言，由于需要進行噴槍的冷卻，因此必須加快外側的鼓入速度。這樣一來，必須使內管與外管之間的間隙狹窄，無法流通給定的氣體量，因此存在無法獲得必要的燃燒性的隱患。另一方面，如果要兼顧氣體量和流速，則需要加大噴槍徑，而這會引發從鼓風管的送風量的降低。其結果，會導致出鐵量降低，或伴隨噴槍插入口的直徑增大而導致周邊耐火物的破損風險增加。
[0012]另外，對于上述專利文獻3中記載的技術而言，由于使用了在主管的周圍配置有多個小徑管的噴槍，因此，不僅由冷卻能力降低引起的小徑管堵塞的風險增高，而且存在導致噴槍的加工成本升高的問題。另外，在該技術中，由于在中途使多重管變為并列管，因此存在導致壓力損失和直徑增大的問題。
[0013]另外，如上所述，高爐也從風口送入熱風，而固體還原材料、助燃性氣體也借助該熱風被鼓入爐內。此時，在專利文獻4中記載的噴槍中，使用同心雙重管噴槍來鼓入固體還原材料和助燃性氣體，但此時，除了該雙重管噴槍以外，還與它們并列地配置有用以鼓入氣體還原材料的單管噴槍。該噴槍的相對于送風管及風口的截面積而言的該噴槍的專有面積大，會因送風壓力的增加而引起運行成本增加，或者導致設置于風口背面的爐內監控窗口的視野減小。另外，由于要使向鼓風管中插入噴槍的部分(導管)直徑增大，因此存在導致導管部與鼓風管的接合面減小，易引發導管部的剝離的問題。
[0014]本發明的目的在于提供一種高爐的操作方法，以及在實施該方法時使用的噴槍的結構，該操作方法可兼顧冷卻能力的提高和燃燒性的提高，且不增大噴槍外徑，從而對于實現生產性的提高、還原材料單位消耗的降低是有效的。
[0015]解決問題的方法
[0016]為實現上述目的而開發的本發明的高爐操作方法是使用插入到鼓風管內的噴槍至少將固體還原材料和助燃性氣體經由風口而鼓入爐內的高爐的操作方法，其特征在于，在使用將多個鼓入管捆扎而成的管束型噴槍，經由該管束型噴槍中的固體還原材料用鼓入管、助燃性氣體用鼓入管及氣體還原材料用鼓入管向高爐的爐內僅鼓入固體還原材料、或者同時鼓入固體還原材料和助燃性氣體這兩種、或者同時鼓入固體還原材料、助燃性氣體及氣體還原材料這三種時，將兩支以上的管束型噴槍插入鼓風管內并使其頂端部相互接近，并且以使相互的鼓出流在鼓風管內相干擾的方式進行鼓入。
[0017]在本發明中，提供下述更優選的解決方案:
[0018](I)上述管束型噴槍是捆扎并列的三根鼓入管并將其收納在噴槍外管內而成的噴槍；
[0019](2)上述管束型噴槍是相對于貫穿噴槍中心部的固體還原材料用鼓入管，在該固體還原材料用鼓入管的周圍交替纏繞螺旋狀的助燃性氣體用鼓入管及螺旋狀的氣體還原材料用鼓入管這兩者并進行一體化而成的噴槍；
[0020](3)在使用兩支上述管束型噴槍并從各個噴槍中至少同時鼓入固體還原材料和助燃性氣體的情況下，以相對于在鼓風管的中心部流通的助燃性氣體的鼓入流，使固體還原材料的鼓入流流向其外側的方式進行鼓入；
[0021](4)在使用兩支上述管束型噴槍并至少將固體還原材料和助燃性氣體從各個噴槍同時鼓入的情況下，形成如下的噴槍配置來進行鼓入，所述噴槍配置使得從各個管束型噴槍鼓入的兩股固體還原材料鼓入流相互間不發生沖撞、但該固體還原材料的鼓入流與助燃性氣體鼓入流發生沖撞；
[0022](5)在使用兩支上述管束型噴槍并從各個噴槍中至少同時鼓入固體還原材料和助燃性氣體的情況下，按照下述方式進行鼓入:從各個管束型噴槍鼓入的固體還原材料鼓入流相互間不發生沖撞，但與從各個管束型噴槍鼓入的助燃性氣體鼓入流匯流而沖撞、并被該流分割為兩股固體還原材料鼓入流；
[0023](6)在使用兩支上述管束型噴槍并從各個噴槍中至少同時鼓入固體還原材料和助燃性氣體的情況下，按照下述方式進行鼓入:從各個管束型噴槍鼓入的固體還原材料鼓入流在鼓風管的中心部發生沖撞、并將未與固體還原材料鼓入流發生匯流沖撞的氣體還原材料鼓入流及助燃性氣體鼓入流引導至該固體還原材料鼓入流的外側。
[0024]發明的效果
[0025]根據本發明的高爐操作方法，在將固體還原材料、以及氣體還原材料和助燃性氣體中的一種以上經由插入至鼓風管的噴槍從風口同時鼓入至高爐內的情況下，通過使用兩支以上的管束型噴槍，可以在不增大噴槍外徑的情況下將各鼓入管各自的管徑自身保持在較大的水平，因此能夠謀求冷卻能力的提高和燃燒性的提高，進而能夠減少還原材料單位消耗。
[0026]另外，在本發明中，通過使用以貫穿筒狀中心部的固體還原材料用鼓入管為中心、在其周圍交替纏繞螺旋狀的助燃性氣體用鼓入管及螺旋狀的氣體還原材料用鼓入管這兩者并進行一體化而成的噴槍作為上述管束型噴槍，可形成氣體還原材料鼓入流和助燃性氣體鼓入流在固體還原材料鼓入流的周圍回旋的流動，從而可以一邊使固體還原材料發生擴散一邊進行鼓入，因此可以使固體還原材料的燃燒效率進一步提高。
[0027]另外，根據本發明，在使插入鼓風管內的兩支管束型噴槍的頂端部相接近的同時、使它們以使相互的鼓出方向相干擾的方式聚斂，因此例如會形成使得以助燃性氣體為中心、以固體還原材料夾持其周圍、并由助燃性氣體包圍其外側的方式的噴槍配置，因此可以使固體還原材料的燃燒率進一步提高。
[0028]另外，根據本發明，可形成使得固體還原材料鼓入流彼此間不發生沖撞、且使助燃性氣體與其它噴槍的固體還原材料的鼓入流發生沖撞的方式的噴槍配置，由此可進一步提高固體還原材料的燃燒效率。
【附圖說明】
[0029][圖1]是示出高爐的概況的縱向剖面圖。
[0030][圖2]是從噴槍向高爐內僅鼓入粉煤時的燃燒狀態的說明圖。
[0031][圖3]是僅鼓入粉煤時的燃燒機理的說明圖。
[0032][圖4]是鼓入粉煤、LNG及氧時的燃燒機理的說明圖。
[0033][圖5]是套管型噴槍與管束型噴槍的壓力損失的比較坐標圖。
[0034][圖6]是燃燒實驗時的噴槍表面溫度的坐標圖。
[0035][圖7]是不出噴槍內管的外徑與噴槍外徑的關系的坐標圖。
[0036][圖8]是燃燒實驗裝置的示意圖。
[0037][圖9]是噴槍內的鼓入管的說明圖。
[0038][圖10]是示出噴槍的外觀以及向鼓風管內插入的一例的圖。
[0039][圖11]是示出從噴槍的鼓入狀態的一例的圖。
[0040][圖12]是