CN109072318B - 向高炉装入原料的方法 - Google Patents

Abstract

在高炉内形成焦炭混合矿石层和焦炭层而进行的高炉操作中，根据形成焦炭层的焦炭中的粉状焦炭的含量，适当地控制焦炭混合矿石层的焦炭混合量，确保高炉内部的透气性。一种向高炉装入原料的方法，层状地形成焦炭混合矿石层和焦炭层，其中，利用设置于输送形成焦炭层的焦炭的输送设备的上方的粒度测定传感器对焦炭中的短径为5mm～35mm的范围的任意的短径以下的焦炭粒子的比率进行测定，将用于形成焦炭层的焦炭不含短径为35mm以下的焦炭粒子的条件定义为基准条件时，基于所测定的比率，将混合原料中的焦炭混合量设定为少于基准条件下的焦炭混合量，将与基准条件的差分的量的焦炭作为形成焦炭层的焦炭进行配合。

Description

向高炉装入原料的方法

技术领域

本发明涉及一种向高炉装入原料的方法。详细而言，涉及一种如下的向高炉装入原料的方法：在高炉内将焦炭混合矿石层和焦炭层形成为层状而进行的高炉操作中，根据形成焦炭层的焦炭的性状而适当地控制焦炭混合矿石层的焦炭混合量，确保高炉内部的透气性。

背景技术

近年来，从防止全球变暖的观点出发，要求减少CO₂。在铁钢工业中，CO₂排放量的约70质量％是由制造生铁的高炉排出的，因此需要减少来自高炉的CO₂排放量。可以通过减少高炉中使用的还原材料(焦炭、煤粉、天然气等)而实现减少高炉中的CO₂。应予说明，在高炉中，通常，将作为原料的铁矿石(也简记为“矿石”)和作为还原材料的焦炭以相互层状交替的方式从炉顶装入，在高炉内形成矿石层和焦炭层。

另一方面，在减少还原材料、特别是焦炭时，由于担保炉内透气性的焦炭减少，高炉炉内的透气阻力增加。在一般的高炉中，如果从炉顶装入的铁矿石到达开始软化的温度，则矿石层会因存在于上部的原料的自重而空隙被填补且进行变形。因此，在高炉下部，矿石层的透气阻力非常大，形成气体几乎不流动的熔化的层(称为“软熔带”)。该软熔带的透气性大幅影响高炉整体的透气性，限制高炉的生产率。

作为改善软熔带的透气阻力的方法，已知有效的是在高炉内交替装入混合有矿石与粒径相对较小的焦炭的原料(称为“混合原料”)和粒径相对较大的焦炭，层状形成由混合原料构成的焦炭混合矿石层和由粒径相对大的焦炭构成的焦炭层。即，已知有效的是在矿石层中混合焦炭，并已提出许多用于形成焦炭混合矿石层的技术。

例如，在专利文献1中提出了如下技术：在无料钟式高炉中，向矿石料斗中的下游侧的料斗装入焦炭并在传送机上在矿石上堆积焦炭后，装入到炉顶料仓，介由旋转溜槽将矿石和焦炭装入到高炉内。

在专利文献2中提出了如下技术：在无料钟式高炉中，将贮存于多个炉顶料仓的焦炭或矿石在炉内径向从炉中心部朝向炉壁部装入时，从贮存于上述炉顶料仓之一的焦炭的从该炉顶料仓的排出量达到1批次的焦炭装入量的5～50质量％间的规定量的时刻起，开始排出贮存于另一炉顶料仓的矿石，同时装入焦炭和矿石。由此，可以同时进行焦炭的通常装入用批次、焦炭的中心装入用批次和混合装入用批次这3个批次。

在专利文献3中提出了如下原料装入技术：为了防止高炉操作中的软熔带形状的不稳定和中心部附近的气体利用率的降低，实现稳定操作和热效率的提高，将全部矿石和全部焦炭完全混合后装入到高炉内。

另外，在专利文献4中作为利用混合后的焦炭的反应性提高效果的方法而提出了如下技术：通过混合高反应性焦炭和JIS还原性低的矿石而使低反应性矿石高效率地反应，从而提高高炉的反应性。

另一方面，由于向炉内的焦炭装入量(也称为“焦比”)几乎是一定的，因而在向矿石中混合焦炭时，焦炭层的厚度相对地减少。经验上已知如果在高炉中焦炭层的厚度减少，则矿石软化熔融的软熔带的透气阻力上升，阻碍稳定的操作。

为了防止这样的因焦层厚度减少所致的透气阻力的上升，提出了一些方案。例如，在专利文献5中为了防止局部的焦层厚度的减少而提出了如下技术：将在炉口部的焦炭的装入范围设为在炉径向距炉壁侧40％以上的区域，而且将在炉口部的1层的焦炭平均层厚设为60cm以上。另外，在专利文献6中提出了如下技术：以炉腹部的焦层厚度成为平均250mm以上的方式调整炉顶的焦炭的装入量。

专利文献5和专利文献6中是在矿石中没有大量混合焦炭的情况的操作条件，而在矿石中大量混合焦炭，则焦炭混合矿石层(矿石层)的透气性会得到改善，因此焦层厚度的下限值应该可以放宽。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-211210号公报

专利文献2：日本特开2004-107794号公报

专利文献3：日本特开昭53-152800号公报

专利文献4：日本特开昭64-36710号公报

专利文献5：日本特开平7-18310号公报

专利文献6：日本特开平11-506393号公报

发明内容

然而，用于形成焦炭层的焦炭，是以规定的网眼尺寸的筛分器进行筛选后使用的，但并不能完全筛掉筛分器的网眼尺寸以下的尺寸的焦炭(以下，也记为“粉状焦炭”)。因此，在通常的高炉操作中，形成焦炭层的焦炭的性状有变动，与该焦炭的性状对应地，焦炭层中的粉状焦炭的含量发生变化。

在焦炭层中，如果粉状焦炭的含量增加，则透气性变差，因此，在这样的情况下，需要增加焦炭层的厚度来确保焦炭层的透气性即高炉的透气性。而增加焦炭层的厚度，则需要降低混合原料中的焦炭混合量。这是由于若不降低混合原料中的焦炭混合量则还原材料会过量，不仅CO₂排放量增大，而且制造成本也上升。

即，为了实施稳定的高炉操作，需要预先检测形成焦炭层的焦炭中的粉状焦炭的含量，根据所检测的粉状焦炭的含量，增大或减少焦炭层的厚度，同时减少或增加在混合原料中的焦炭混合量。然而，上述专利文献1～6对该方面未作任何考虑。

本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种向高炉装入原料的方法，在高炉内层状形成焦炭混合矿石层和焦炭层，其中，根据形成焦炭层的焦炭中的粉状焦炭的含量来增减焦炭层的厚度，且适当控制焦炭混合矿石层的焦炭混合量，由此能够确保高炉内部的透气性。

用于解决上述课题的本发明的要旨如下。

[1]一种向高炉装入原料的方法，将混合有铁矿石和焦炭的混合原料与焦炭从高炉炉顶交替装入，

在炉内层状形成由上述混合原料构成的焦炭混合矿石层和由上述焦炭构成的焦炭层，

其中，利用设置于将用于形成上述焦炭层的焦炭输送到高炉的输送设备的上方的粒度测定传感器，对由上述输送设备输送的焦炭中含有的粒子的短径为5mm～35mm的范围的任意的短径以下的焦炭粒子的比率进行测定，

将用于形成上述焦炭层的焦炭不含有短径为35mm以下的焦炭粒子的条件定义为基准条件时，基于所测定的上述比率，将上述混合原料中的焦炭混合量设定为少于基准条件下的混合原料中的焦炭混合量，

将基准条件下的焦炭混合量与基于上述比率而设定的焦炭混合量的差分的量的焦炭分配为形成焦炭层的焦炭。

[2]根据上述[1]所述的向高炉装入原料的方法，其中，将上述混合原料中的焦炭混合量设定为将所测定的上述比率代入下述的(1)式而算出的焦炭混合量的上限值以下。

MIX＝[(9/10)×α－69/2]×β+200···(1)

(1)式中，MIX为混合原料中的焦炭混合量的上限值(kg/吨铁水)，α为焦炭粒子的短径，是5mm～35mm的范围的任意的值，β是短径为αmm以下的焦炭粒子的比率(质量％)。

本发明中，在层状形成焦炭混合矿石层和焦炭层的向高炉装入原料的方法中，在向高炉输送焦炭的设备上对用于形成焦炭层的焦炭的粒度分布进行测定。然后，基于该粒度分布的测定结果，设定向焦炭混合矿石层的焦炭混合量，将所设定的焦炭混合量与基准条件下的焦炭混合量，即短径为35mm以下的焦炭粒子在用于形成焦炭层的焦炭中的比率为零时的焦炭混合量的差分的焦炭量分配为形成焦炭层的焦炭。由此，在细粒的焦炭含量多的焦炭的情况下，焦炭层的厚度增大，其结果，确保焦炭层的透气性即高炉炉内的透气性，实现高炉操作的稳定化。

附图说明

图1是定义焦炭粒子的短径的图。

图2是用于测定焦炭层的厚度与软熔带透气阻力的关系的试验装置的概略图。

图3是表示短径为5mm以下的焦炭粒子的比率与混合原料中的焦炭混合量的上限值的关系的图。

图4是表示短径为35mm以下的焦炭粒子的比率与混合原料中的焦炭混合量的上限值的关系的图。

图5是表示上限值MIX为50kg/吨铁水时的比率β与焦炭粒子的短径α的关系的图。

具体实施方式

以下，对本发明进行详细说明。

在高炉内层状形成由混合有铁矿石与焦炭的混合原料构成的焦炭混合矿石层和焦炭层而进行的高炉操作中，如果用于形成焦炭层的焦炭中的粉状焦炭(筛分器的网眼尺寸以下的尺寸的焦炭)的含量增加，则焦炭层的透气性即高炉内部的透气性变差。因此，该情况下，需要减少向焦炭混合矿石层的焦炭混合量，将相当于该减少的量的部分作为焦炭层进行装入，增加焦炭层的厚度，由此确保高炉内部的透气性。

本发明人等出于即便用于形成焦炭层的焦炭的粉状焦炭的含量变化也稳定地确保高炉内部的透气性的目的，使用能够模拟高炉内部的软熔带透气阻力的试验装置进行了试验。

通常，形成焦炭层的焦炭在用网眼尺寸为35mm的筛分器进行筛选后输送到高炉，装入高炉内。如果是无法通过网眼尺寸为35mm的筛分器的尺寸的焦炭，则能够确保高炉内部的软熔带的透气性，这对本领域技术人员而言是公知常识。然而，用网眼尺寸为35mm的筛分器进行筛选后的焦炭中也混入有应该被网眼尺寸为35mm的筛分器筛除的尺寸的焦炭粒子。另外，焦炭也会因向高炉的输送中途的落下冲击等而发生粉状化。

本说明书中，将形成焦炭层的焦炭中含有的应该被网眼尺寸为35mm的筛分器筛除的尺寸的焦炭称为“短径为35mm以下的焦炭”。同样地，将应该被网眼尺寸为αmm的筛分器筛除的尺寸的焦炭称为“短径为αmm以下的焦炭”。这里，如图1所示，将“焦炭粒子的短径”定义为在焦炭粒子的投影面中，通过焦炭粒子的重心的直线与投影面的外周的交点的交点间距离最短时的交点间距离。

试验中，着眼于形成焦炭层的焦炭中短径为35mm以下的焦炭粒子的含量，作为确保高炉内部的软熔带的透气性的条件，对短径为5mm～35mm的范围的任意的短径以下的焦炭粒子的含有比率与焦炭混合矿石层中的焦炭混合量的关系进行了调查。

在图2中示出用于测定焦炭层的厚度与软熔带透气阻力的关系的试验装置的概略图。图中，符号1为试样加热炉，该试样加热炉1在其内部具备试样填充容器2和加热装置3。另外，在试样填充容器2的内部形成有以层状填充了焦炭层4和焦炭混合矿石层5的试样填充层6。而且，对于试样填充层6，通过加热装置3来控制其温度。符号7为气体加热炉，该气体加热炉7也在其内部具备加热装置8。应予说明，符号9为气体混合器，10为气体流通用配管，11为压力计，12为热电偶，13为压板，14为底座，15为连接棒，该连接棒15优选为石墨或金属制。另外，符号16为负载机构，在该试验装置的例子中，使用锤16作为负载机构。然后，利用该锤16，对试样填充层6赋予模拟高炉内的负荷。

如图所示，该试验装置的最大的特征在于将试样加热炉1和气体加热炉7串联配置，通过这样的串联配置，经气体加热炉7加热的气体从横向侵入到试样加热炉1。

该试验装置中，使用将短径为5mm以下的粒子的比率调整为0～5.0质量％的范围的焦炭和将短径为35mm以下的粒子的比率调整为0～50质量％的焦炭而形成焦炭层4，且对焦炭混合矿石层5的焦炭混合量进行各种变更，调查了透气性。本说明书中，将用于形成焦炭层的焦炭不含短径为35mm以下的焦炭粒子的条件定义为基准条件。

具体而言，将短径为35mm以下的焦炭粒子在用于形成焦炭层的焦炭中的比率为零时即基准条件下的焦炭混合矿石层5的焦炭混合量设为200kg/吨铁水。在此基础上，由于随着用于形成焦炭层4的焦炭中的粉状焦炭的含量增加而透气性会变差，所以，为了确保透气性，将混合于焦炭混合矿石层5的焦炭以各种条件分配到焦炭层4中，调查了透气性。然后，将试验中的压力损失与基准条件(不含短径为35mm以下的焦炭粒子的条件)下的压力损失相等的试验中的焦炭混合矿石层5中的焦炭混合率(kg/吨铁水)，根据短径为5mm以下的粒子的比率和短径为35mm以下的粒子的比率进行求出。

将试验中得到的结果示于图3和图4。图3是表示使用变更短径为5mm以下的粒子的比率的焦炭的试验中的短径为5mm以下的焦炭粒子的比率与混合原料中的焦炭混合量的上限值的关系的图。图4是表示使用变更短径为35mm以下的粒子的比率的焦炭的试验中的短径为35mm以下的焦炭粒子的比率与混合原料中的焦炭混合量的上限值的关系的图。在图3和图4中，将达到与基准条件的压力损失相等的压力损失的焦炭混合率(kg/吨铁水)作为上限值表示。

如图3和图4所示，横轴表示的短径为5mm以下或35mm以下的粒子的比率与纵轴表示的混合原料中的焦炭混合量的上限值呈线性关系。根据该关系可知：混合原料中的焦炭混合量的上限值与短径为5mm以下或35mm以下的焦炭粒子的比率由一次方程表示。另外，在短径为5mm以下时和短径为35mm以下时，焦炭粒子的比率对焦炭混合量的上限值所造成的影响不同。

由此，如果将混合原料中的焦炭混合量的上限值设为MIX(kg/吨铁水)，将焦炭粒子的短径设为α(mm)，且将短径为5mm以下或35mm以下的焦炭粒子的比率设为β(质量％)，则这些因素用下述的(2)式表示。应予说明，(2)式的200为基准条件下的焦炭混合量(kg/吨铁水)，A、B为系数。

MIX＝(A×α+B)×β+200···(2)

如果将图3的短径5mm以下的焦炭粒子的比率β为5质量％时MIX为50kg/吨铁水的条件、以及图4的短径35mm以下的焦炭粒子的比率β为50质量％时MIX为50kg/吨铁水的条件代入(2)式而求出系数A和系数B，则得到A＝9/10、B＝－69/2。即，(2)式由下述的(1)式表示。

MIX＝[(9/10)×α－69/2]×β+200···(1)

这里，(1)式中，MIX为混合原料中的焦炭混合量的上限值(kg/吨铁水)，α为焦炭粒子的短径，是5mm～35mm的范围的任意的值，β是短径为αmm以下的焦炭粒子的比率(质量％)。

为了确认(1)式的妥当性，变更短径为20mm以下的焦炭粒子的比率，求出焦炭混合量的上限值MIX达到50kg/吨铁水时的短径为20mm以下的焦炭粒子的比率β。其结果，可知在短径为20mm以下的焦炭粒子的比率β为28质量％时焦炭混合量的上限值MIX达到50kg/吨铁水。

在此，在α＝5mm、α＝20mm、α＝35mm的各试验中，对上限值MIX达到50kg/吨铁水时的各自的比率β进行了比较。图5是横轴为焦炭粒子的短径α(mm)、纵轴为上限值MIX达到50kg/吨铁水时的比率β(质量％)来表示比率β与短径α的关系的图。根据图5可知上限值MIX达到50kg/吨铁水时的比率β(质量％)和焦炭粒子的短径α(mm)呈一次方程的关系。即，可以确认α在5～35mm的范围时(1)式妥当。

应予说明，(1)式虽然是将用于形成焦炭层的焦炭中的短径为35mm以下的焦炭粒子的比率为零时(基准条件)的焦炭混合矿石层中的焦炭混合量设为200kg/吨铁水的情况，但当实施本发明时，不一定将基准条件下的焦炭混合量限定为200kg/吨铁水。

在高炉操作中，铁矿石的还原反应和生成的铁水的升温所需的焦比(kg/吨铁水)一般为300kg/吨铁水左右，但根据各高炉的操作状况而发生变化。应予说明，焦比是指配合于焦炭混合矿石层和焦炭层这两者的合计的焦炭装入量(kg/吨铁水)。即，如果将焦比设为CR(kg/吨铁水)，则基准条件下的配合于焦炭混合矿石层的焦炭的量可以用焦比CR乘以某配合比γ(－)而得的量(CR×γ)表示。

本发明是基于上述试验结果而进行的，本发明的向高炉装入原料的方法是将混合有铁矿石和焦炭的混合原料与焦炭从高炉炉顶交替装入，在炉内层状地形成由上述混合原料构成的焦炭混合矿石层和由上述焦炭构成的焦炭层，其中，利用设置于将用于形成上述焦炭层的焦炭输送到高炉的输送设备(传送带等)的上方的该粒度测定传感器对由上述输送设备输送的焦炭中含有的粒子的短径为5mm～35mm的范围的任意的短径以下的焦炭的比率进行测定，基于所测定的上述比率，将上述混合原料中的焦炭混合量设定为少于基准条件下即短径为35mm以下的焦炭粒子在用于形成上述焦炭层的焦炭中的比率为零时的焦炭混合量，将基准条件下的焦炭混合量与基于上述比率而设定的焦炭混合量的差分的量的焦炭分配为形成焦炭层的焦炭。即，在焦比(kg/吨铁水)恒定的高炉操作中，将基准条件下的焦炭混合量与基于用于形成焦炭层4的焦炭中的粉状焦炭的含量而设定的焦炭混合量的差分的焦炭量分配为形成焦炭层的焦炭。

应予说明，将差分的焦炭量从焦炭混合层调配到焦炭层，则在不增减还原材料比就能够确保透气性，因而优选，并且，调配量可以容许±5kg/吨铁水。

将原来配合于焦炭混合层的焦炭调配到焦炭层时，优选将上述混合原料中的焦炭混合量设定为将所测定的上述比率代入上述的(1)式而算出的焦炭混合量的上限值以下。

即，如果形成焦炭层的焦炭中含有的细粒(短径35mm以下)增加，则焦炭层的透气性变差，因此为了确保透气性，本发明中，将原本配合于焦炭混合矿石层的焦炭分配到焦炭层，从而确保高炉内部的透气性。通过这样调整焦炭量，将焦比(kg/吨铁水)维持在某规定的值。

作为测定焦炭的粒度分布的粒度测定传感器，例如可以使用基于出版物1(出版物1；日本特开2003-83868号公报)中公开的粒度分布测定方法的测定装置等。出版物1中公开了“一种粒度分布测定方法，利用拍摄装置对测定对象物进行拍摄，由拍摄到的原图像而得到对该原图像进行了模糊处理的模糊图像，对该模糊图像进行二值化处理，从而对规定粒径以上的测定对象物的粒径的分布进行测定，同时对由上述拍摄到的原图像与模糊图像的差分形成的差分图像进行二值化处理，从而对小于上述规定粒径的测定对象物的粒径的分布进行测定，基于这2种粒径测定分布的测定结果，对整体的粒径分布进行测定”。具体而言，使用能够通过图像处理对图1中示出的交点间距离进行检测的粒度测定传感器。

如以上的说明，根据本发明，在向高炉输送焦炭的设备上对形成焦炭层的焦炭的粒度分布进行测定，基于该粒度分布的测定结果，对向焦炭混合矿石层的焦炭混合量和向焦炭层的焦炭配合量进行控制，从而确保高炉炉内的透气性，实现高炉操作的稳定化。

实施例

对于在实机高炉中，以相同焦比和相同出铁比的条件应用本发明而实施原料装入的情况和在本发明的范围外进行原料装入的情况，调查了气体利用率和填充层的压力损失，将该调查结果进行比较记载。作为测定焦炭的粒度分布的粒度测定传感器，使用基于出版物1中公开的粒度分布测定方法的测定装置，将该测定装置设置在将用于形成焦炭层的焦炭输送到高炉的传送带的上方。

在用于形成焦炭层的焦炭中，利用粒度测定传感器对短径为5mm以下的焦炭粒子的比率进行测定。对将混合原料中的焦炭混合量(kg/吨铁水)调整为将短径5mm以下的焦炭粒子的比率的测定值代入(1)式而算出的焦炭混合量的上限值MIX(kg/吨铁水)以下的情况(本发明例1、2)、以及使混合原料中的焦炭混合量(kg/吨铁水)超过(1)式的上限值的值的情况(比较例1、2)进行比较并示于表1。

[表1]

另外，在用于形成焦炭层的焦炭中，利用粒度测定传感器来测定短径为35mm以下的焦炭粒子的比率。对将混合原料中的焦炭混合量(kg/吨铁水)调整为将短径35mm以下的焦炭粒子的比率的测定值代入(1)式而算出的焦炭混合量的上限值MIX(kg/吨铁水)以下的情况(本发明例3、4)、以及使混合原料中的焦炭混合量(kg/吨铁水)超过(1)式的上限值的值的情况(比较例3、4)进行比较并示于表2。

[表2]

根据表1和表2，可以确认在应用本发明的情况下，气体利用率提高，且填充层的压力损失降低。即，可以确认通过应用本发明能够实现稳定的高炉操作。

符号说明

1 试样加热炉

2 试样填充容器

3 加热装置

4 焦炭层

5 焦炭混合矿石层

6 试样填充层

7 气体加热炉

8 加热装置

9 气体混合器

10 气体流通用配管

11 压力计

12 热电偶

13 压板

14 底座

15 连接棒

16 锤

Claims (2)

1.一种向高炉装入原料的方法，

将混合有铁矿石与焦炭的混合原料和焦炭从高炉炉顶交替装入，

在炉内层状地形成由所述混合原料构成的焦炭混合矿石层和由所述焦炭构成的焦炭层，

其中，利用设置于将用于形成所述焦炭层的焦炭输送到高炉的输送设备的上方的粒度测定传感器，对由所述输送设备输送的焦炭中含有的粒子的短径为5mm～35mm的范围的任意的短径以下的焦炭粒子的比率进行测定，

将用于形成所述焦炭层的焦炭不含有短径为35mm以下的焦炭粒子的条件定义为基准条件时，基于焦炭粒子的短径和所测定的所述比率，算出达到与所述基准条件的压力损失相等的压力损失的焦炭混合量，将所述混合原料中的焦炭混合量设定为所算出的焦炭混合量以下，

将基准条件下的焦炭混合量与所述设定的焦炭混合量的差分的量的焦炭分配为形成焦炭层的焦炭。

2.根据权利要求1所述的向高炉装入原料的方法，其中，将所述混合原料中的焦炭混合量设定为将所测定的所述比率代入下述的(1)式而算出的焦炭混合量的上限值以下，

MIX＝[(9/10)×α－69/2]×β+200···(1)

在(1)式中，

MIX为混合原料中的焦炭混合量的以kg/吨铁水计的上限值，

α为焦炭粒子的短径，是5mm，

β是短径为5mm以下的焦炭粒子的以质量％计的比率。

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