CN111971400B - 高炉的原料装入方法 - Google Patents

Abstract

提供原料装入方法，在具有无料钟式装入装置的高炉中，即使在使用普通焦炭的情况下也能够高效地使低反应性矿石还原，有效地使炉内的矿石的还原状态变得稳定。具备无料钟装入装置的高炉的原料装入方法，无料钟装入装置在炉顶部具有多个主料斗和容量比主料斗小的副料斗，其中，在将投入到多个主料斗中的1个以上中的JIS还原率(RI)大于55％的矿石(x)排出并利用旋转滑槽从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入时，在开始矿石(x)的装入后，至少直到1批次中所装入的矿石(x)的总量的45质量％的装入完成为止，从旋转滑槽仅装入矿石(x)，然后，从任意时间点起，开始将投入到副料斗中的JIS还原率(RI)为55％以下的低反应性矿石(y)排出，然后，在任意期间，从旋转滑槽将低反应性矿石(y)与矿石(x)一同装入。

Description

高炉的原料装入方法

技术领域

本发明涉及具有无料钟式装入装置的高炉的原料装入方法。

背景技术

近年来，从防止全球变暖的观点出发，要求削减CO₂。在钢铁业中，CO₂排出量的大约70％由高炉产生，要求削减高炉中的CO₂排出量。高炉中的CO₂削减能够通过削减高炉中使用的焦炭、微粉炭、天然气等还原材料来实现。

另一方面，在削减还原材料、特别是削减焦炭的情况下，由于确保炉内通气性的焦炭减少，因此炉内通气阻力增加。在通常的高炉中，若从炉顶装入的矿石达到开始软化的温度，则由于上部存在的原料的自重而在填埋空隙的同时变形。因此，在高炉下部，矿石层的通气阻力非常大，形成气体几乎不流动的熔融带。该熔融带的通气性对于高炉整体的通气性影响较大，限制了高炉中的生产率。

对于为减小还原材料比而改善熔融带的通气阻力以提高矿石的还原性而言，已知在矿石层中混合焦炭是有效的，关于用于在矿石层中混合焦炭的方法提出了许多方案。专利文献1中公开了一种通过使高反应性焦炭(JIS反应性为30％以上的焦炭)与低反应性矿石(JIS还原性低的矿石)混合，来高效地使低反应性矿石反应以提高矿石的还原性的方法。

专利文献2中，公开了从多个主料斗同时装入多种原料的、向高炉的原料装入方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-76366号公报

专利文献2：国际公开2013/172045号

发明内容

发明要解决的课题

但是，对于专利文献1中公开的方法而言，需要使用强度小于普通焦炭的高反应性焦炭，无法应用于仅使用普通焦炭的高炉操作。即，专利文献1中公开了作为矿石仅使用JIS还原性为55％的矿石并在该低反应性矿石中混合有由高反应性焦炭将一部分替换后的焦炭的例子，假设在仅使用普通焦炭的情况下，无法充分确保低反应性矿石的还原性。

专利文献2中，提出了一种从多个主料斗同时装入多种原料的向高炉的原料装入方法，但在向高炉的原料排出时，需要置换为高炉内气氛的均排压时间。为了维持产量而难以使用仅为少量原料的料斗。

本发明的目的在于，提供一种高炉的原料装入方法，其能够解决以上的现有技术的课题，在具有无料钟式装入装置的高炉中，即使在使用普通焦炭的情况下，也能够高效地使低反应性矿石还原。

用于解决课题的手段

用于解决上述课题的本发明的要旨如下。

[1]高炉的原料装入方法，前述高炉具备无料钟装入装置，前述无料钟装入装置在炉顶部具有多个主料斗和容量比前述主料斗小的副料斗，前述高炉的原料装入方法中，在将投入到前述多个主料斗中的1个以上中的JIS还原率(RI)大于55％的矿石(x)排出并利用旋转滑槽从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入时，在开始前述矿石(x)的装入后，至少直到1批次中所装入的前述矿石(x)的总量的45质量％的装入完成为止，从前述旋转滑槽仅装入前述矿石(x)，然后，从任意时间点起，开始将投入到前述副料斗中的JIS还原率(RI)为55％以下的低反应性矿石(y)排出，然后，在任意期间，从前述旋转滑槽将前述低反应性矿石(y)与前述矿石(x)一同装入。

[2]根据[1]所述的高炉的原料装入方法，其中，向前述副料斗投入多个装载量的前述低反应性矿石(y)，从前述副料斗将1个装载量的前述低反应性矿石(y)分为各批次装入。

[3]高炉的原料装入方法，前述高炉具备无料钟装入装置，前述无料钟装入装置在炉顶部具有多个主料斗和容量比前述主料斗小的副料斗，前述高炉的原料装入方法中，在将投入到前述多个主料斗中的1个以上中的JIS还原率(RI)大于55％的矿石(x)排出并利用旋转滑槽从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入时，与前述矿石(x)的装入开始同时或者从装入开始后的任意时间点起，开始将投入到前述副料斗中的JIS还原率(RI)为55％以下的低反应性矿石(y)排出，从前述旋转滑槽将前述低反应性矿石(y)与前述矿石(x)一同装入，至少直到1批次中所装入的前述矿石(x)的总量的56质量％的装入完成的时间点为止，停止前述低反应性矿石(y)的装入。

[4]根据[3]所述的高炉的原料装入方法，其中，向前述副料斗投入多个装载量的前述低反应性矿石(y)，从前述副料斗将1个装载量的前述低反应性矿石(y)分为各批次装入。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的高炉的原料装入方法，其中，前述副料斗具有料斗主体及排出口，前述副料斗设置于前述料斗主体及前述排出口的中心轴与前述高炉的炉体中心轴一致的位置。

发明效果

根据本发明，能够将低反应性矿石(难还原性矿石)限定性地装入高炉半径方向上还原负荷小的部位，因此即使在使用普通焦炭的情况下，也能够高效地使低反应性矿石还原。

附图说明

图1是将炉体上部切缺后的状态的无料钟装入装置1a的立体图。

图2是图1的II-II剖视图。

图3是将炉体上部切缺后的状态的无料钟装入装置1b的立体图。

图4是图3的IV-IV剖视图。

图5是示出标准的矿石层厚度的半径方向的分布的图。

图6是以无量纲半径与装入比率的关系示出由旋转滑槽4进行的原料的装入范围的图。

图7是炉内的原料装入层最上部的纵剖面。

图8是以无量纲半径与装入比率的关系示出原料的装入范围及装入中心位置的图。

图9是实施例中使用的模型试验装置的示意图。

图10是说明从模型试验装置排出的排出原料的分开回收方法的图。

图11是示出从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入原料的情况下的低反应性矿石(y)的比率与装入比率的关系的图。

图12是示出从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入原料的情况下的低反应性矿石(y)的比率与装入比率的关系的图。

具体实施方式

在本发明中，使用在炉顶部具有多个主料斗和容量比该主料斗小的副料斗的无料钟装入装置，在多个主料斗中的1个以上的主料斗中投入普通矿石、即JIS还原率(RI)大于55％的矿石(x)，在副料斗中投入多个装载量的JIS还原率(RI)为55％以下的低反应性矿石(y)，从这些主料斗和副料斗分别将1个装载量的矿石(x)和低反应性矿石(y)分为多个批次装入炉内。采用这样的原料装入，能够通过调节原料从主料斗及副料斗的切出量来变更低反应性矿石(y)的混合比率，因此能够容易地将低反应性矿石(y)控制为理想的混合方式。

通常，在高炉中作为主原料使用的矿石的JIS还原率(RI)大于55％(通常为80％左右以下)，JIS还原率(RI)为55％以下的矿石能够视为低反应性。在本发明中，将JIS还原率(RI)为55％以下的矿石设为低反应性矿石(y)。其中，由于JIS还原率(RI)为40％以下的矿石尤其具有难还原性，因此本发明特别适合于使用这样的矿石的情况。在此，JIS还原率(RI)能够使用由JIS(日本工业标准)M8713规定的还原试验方法测定。

在本发明中，所谓矿石(矿石(x)、低反应性矿石(y))，是指作为铁源的烧结矿、块矿石、球团矿等中的1种以上。在主要用于调节炉渣的成分的副原料(例如石灰石、硅石、蛇纹石等)混合到矿石(x)中的情况下，矿石含有上述副原料。

本发明中使用的焦炭采用所谓的普通焦炭、即JIS反应性(以JIS(日本工业标准)K2151：2004的反应性试验方法测定的JIS反应性)为30％以下的焦炭即可。

在高炉的操作中，以矿石层与焦炭层交替形成的方式向高炉内装入原料。用于形成1层矿石层所使用的矿石为1个装载量的矿石，该1个装载量的矿石分为多个批次装入高炉内。本发明的高炉的原料装入方法以1批次中所装入的矿石(矿石(x)、低反应性矿石(y))的装入方法为对象。

若1批次中所装入的原料的粒径存在变化，则存在炉内的气体流动变得不稳定的可能。因此，优选以副料斗内的原料的下降成为质量流(mass flow)的方式，使得投入到副料斗中的原料按照投入的顺序从副料斗排出。将副料斗的排出口的直径设为d1、将副料斗的料斗主体的直径设为d2时，优选料斗主体的直径d2满足d1＜d2≤1.5×d1。由此，副料斗内的原料的下降成为质量流。

图1及图2是示出本发明中使用的高炉的无料钟装入装置的一实施方式的示意图。图1是将炉体上部切缺后的状态的无料钟装入装置1a的立体图。图2是图1的II-II剖视图。无料钟装入装置1a具有料斗中心轴位于以炉体中心轴为中心的1个假想圆上的3个主料斗2和在该多个主料斗2的外侧配置的1个副料斗3。

图3及图4是示出本发明中使用的高炉的无料钟装入装置的其他实施方式的示意图。图3是将炉体上部切缺后的状态的无料钟装入装置1b的立体图。图4是图3的IV-IV剖视图。与图1及图2的实施方式同样地，该无料钟装入装置1b也具有料斗中心轴位于以炉体中心轴为中心的1个假想圆上的3个主料斗2和1个副料斗3。在无料钟装入装置1b中，该副料斗3设置在3个主料斗2的中心，副料斗3的料斗主体3a及排出口3b的中心轴设置为与高炉的炉体中心轴一致。

在以上各实施方式的无料钟装入装置1a、1b中，从主料斗2排出的矿石(x)和从副料斗3排出的低反应性矿石(y)经由集合料斗5被从旋转滑槽4装入炉内。在图1、图3中，6为高炉主体，7为装入带式输送机。

在副料斗3的排出口设有流量调节阀(未图示)，以能够控制低反应性矿石(y)的排出速度。

以下，以使用上述无料钟装入装置1a、1b的情况为例，说明本发明的原料装入方法的详情。

图5是示出标准的矿石层厚度的半径方向的分布的图。图5的纵轴为装入层最上部的“矿石层厚度/全部层厚度(矿石层厚度+焦炭层厚度)”，横轴为无量纲半径。在此，无量纲半径表示以炉中心为起点(0)、以炉壁为终点(1.0)的高炉的无量纲半径。

如图5所示，可知在无量纲半径0.6以上的炉壁侧及无量纲半径0.4以下的炉中心侧，矿石层厚度变薄。矿石层厚度变薄的区域为气流多且还原负荷低的区域，因此优选低反应性矿石(y)向这样的还原负荷低的区域装入。另一方面，在将低反应性矿石(y)装入无量纲半径为0.4以下的炉中心侧的情况下，由于低反应性矿石(y)的反应延迟引起的熔融带滴落等，存在高炉中心侧的气流被抑制、诱发通气性恶化、热损失增加的可能。因此，理想的是，低反应性矿石(y)向无量纲半径0.6以上的区域装入。

图6是以无量纲半径与装入比率的关系示出由旋转滑槽4进行的原料的装入范围的图。图6中示出的装入范围通过图9中示出的1/20比例尺的模型试验装置求出。图6的(a)示出将原料从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入的情况的装入范围。图6的(b)示出将原料从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入的情况的原料装入范围。在此，所谓装入范围，是指原料从旋转滑槽4向高炉内装入且堆积在装入基面上的原料的堆在炉半径方向上的装入(堆积)范围。高炉炉顶的原料的堆积面成为炉中心部位于最低位置的研钵状，将原料从旋转滑槽4落在堆积面的斜面上的位置设为装入中心位置。并且，将原料从该装入中心位置向炉中心方向及炉壁方向扩展并堆积的范围设为装入范围。若使旋转滑槽4从炉中心侧向炉壁侧移动，则由于原料从研钵状的斜面的下侧装入，因此原料向炉中心侧的扩展被抑制。因此，使旋转滑槽4从炉中心侧向炉壁侧移动而装入原料的情况下的装入范围比使旋转滑槽4从炉壁侧向炉中心侧移动以将原料装入的情况下的装入范围窄。所谓图6的横轴的“装入比率”，是指利用该旋转滑槽4将1批次量的原料从炉中心侧朝向炉壁侧或从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入时，在炉半径方向的各装入位置处完成装入的矿石(x)在1批次所装入的矿石(x)的总量中的比例。例如，装入比率0.1表示在相应装入位置处，完成1批次中所装入的矿石(x)的总量中的10质量％的装入。

图7是炉内的原料装入层最上部的纵剖面。图7中示意性示出“装入范围”和作为其中心的“装入中心位置”。

在从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入原料的情况下，根据图6的(a)可知，与无量纲半径0.6以上的区域对应的是装入比率为0.45以上的区域。在从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入原料的情况下，根据图6的(b)可知，与无量纲半径0.6以上的区域对应的是装入比率为0.56以下的区域。

因而，在本发明中，在将投入到1个主料斗2中的矿石(x)排出并利用旋转滑槽4从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入的情况下(本发明的第一原料装入方法)，在开始矿石(x)的装入后，至少直到1批次中所装入的矿石(x)的总量的45质量％的装入完成为止，从旋转滑槽4仅装入矿石(x)，然后，从任意时间点起，开始将投入到副料斗3中的低反应性矿石(y)装入，然后，在任意期间，从旋转滑槽4将低反应性矿石(y)与矿石(x)一同装入。在此，开始低反应性矿石(y)的装入的时机可以是待装入的矿石(x)的总量的45质量％的装入完成的时间点，也可以是在待装入的矿石(x)的总量的45质量％的装入完成后经过一定期间之后。低反应性矿石(y)的装入可以在直至矿石(x)的总量的装入完成为止进行，也可以在矿石(x)的总量的装入完成以前停止。开始低反应性矿石(y)的排出的时机、进行低反应性矿石(y)的装入的期间根据所需的低反应性矿石(y)的混合方式确定即可。

在将投入到1个主料斗2中的矿石(x)排出并利用旋转滑槽4从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入的情况下(本发明的第二原料装入方法)，在与矿石(x)的装入开始同时或从装入开始后的任意时间点开始进行投入到副料斗3中的低反应性矿石(y)的装入，从旋转滑槽4将低反应性矿石(y)与矿石(x)一同装入，至少直到1批次中所装入的矿石(x)的总量的56质量％的装入完成的时间点为止，停止低反应性矿石(y)的装入。在该情况下也同样地，开始低反应性矿石(y)的装入的时机、进行低反应性矿石(y)的装入的期间根据所需的低反应性矿石(y)的混合方式确定即可。

在上述特定的无量纲半径区域(特定的装入比率的区域)中进行包含低反应性矿石(y)的原料的装入的情况下，需要如图7所示的装入原料的堆a₁所示，使得“装入中心位置”落入其指定范围(上述特定的无量纲半径区域)内。例如，在如图7的装入原料的堆a₂所示，“装入中心位置”未在指定范围(上述特定的无量纲半径区域)内的情况下，即使装入范围与指定范围部分重叠，也存在装入原料的堆的大半位于指定范围外的情况而不优选。图8是以无量纲半径与装入比率的关系示出原料的装入范围及装入中心位置的图。如图8所示，若以“装入中心位置”为基准，则无量纲半径0.4～0.6的区域与装入比率0.27～0.46的区域对应。

像这样，通过在作为目标的时机将低反应性矿石(y)装入炉内，从而能够避开炉中心侧、还原负荷高的区域而将低反应性矿石(y)装入还原负荷低的区域。由此，即使在使用普通焦炭的情况下，也能够高效地使低反应性矿石(y)还原。此外，由低反应性矿石(y)装入炉中心部而引起的通气性恶化也得到抑制，能够有效地使气体流动、矿石的还原状态变得稳定，减小高炉操作中的还原材料比。

在将图1及图2的无料钟装入装置1a与图3及图4的无料钟装入装置1b比较的情况下，就副料斗3偏离高炉中心轴配置的图1及图2的无料钟装入装置1a而言，在旋转滑槽4的旋转位置相对于高炉中心轴位于副料斗侧的情况和位于副料斗相反侧的情况下，原料流的落下位置产生偏差。与此相对，对于副料斗3的主体及排出口的中心轴与炉体中心轴一致的图3及图4的无料钟装入装置1b而言，从主料斗2排出的原料与从副料斗3排出的原料的速度矢量的绝对值在全部的主料斗2中变得相同，未在原料流的落下位置产生上述偏差。因此，容易高精度地控制原料的落下位置。副料斗3位于集合料斗5的正上方，由此能够省略从副料斗3到集合料斗5的原料流路，排出时机等的调节也变得容易。

在本发明中，向副料斗3投入多个装载量的低反应性矿石(y)，从副料斗3将1个装载量的低反应性矿石(y)分为多个批次装入高炉内。由此，能够削减原料排出时的均排压时间(日文：均排圧時間)，因此即使在使用独立的副料斗向高炉内装入少量原料的情况下，也能够维持高炉的生产量。

实施例

使用1/20比例尺的模型试验装置，进行矿石(x)和低反应性矿石(y)的装入试验。图9是实施例中使用的模型试验装置的示意图。以能够对低反应性矿石(y)的排出速度进行控制的方式，在模型试验装置的副料斗的排出口设置流量调节阀(未图示)。

作为矿石(x)，使用JIS还原率(RI)为65％的矿石(烧结矿)，作为低反应性矿石(y)，使用JIS还原率(RI)为50％的矿石(块矿石)。焦炭使用普通焦炭。在发明例中，向主料斗投入矿石(x)，向副料斗投入低反应性矿石(y)，在矿石(x)从主料斗排出的排出期间的一部分中，从副料斗排出低反应性矿石(y)。另一方面，在比较例中，按照以往方法，仅使用主料斗，将矿石(x)与低反应性矿石(y)以成为规定的状态的方式向主料斗投入，并从主料斗将这些矿石排出。

图10是说明从模型试验装置排出的排出原料的分开回收方法的图。在该试验中，如图10所示将旋转滑槽从模型试验装置拆下，在搬送输送机上设置多个采样箱，通过使该采样箱与原料排出同步地以恒定速度移动，从而分开回收排出原料。针对所回收的排出原料进行基于矿石(x)与低反应性矿石(y)的色调差的图像解析，求出排出原料中的低反应性矿石(y)的比率。

使用模型试验装置，进行利用旋转滑槽从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入原料的装入试验，使用上述方法测定排出原料中的低反应性矿石(y)的比率。图11是示出从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入原料的情况下的低反应性矿石(y)的比率与装入比率的关系的图。

如图11所示，在发明例1中，实现了将低反应性矿石(y)装入装入比率0.7以上(满足作为目标的装入比率0.45以上)的区域。在发明例2中，实现了将低反应性矿石(y)集中装入装入比率0.8以上的区域。另一方面，在比较例1中，在装入比率小于0.45的区域中也装入了低反应性矿石(y)，未能实现仅在装入比率为0.45以上的区域中装入低反应性矿石(y)。

同样地，使用模型试验装置进行利用旋转滑槽从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入原料的装入试验，使用上述方法测定排出原料中的低反应性矿石(y)的比率。图12是示出从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入原料的情况下的低反应性矿石(y)的比率与装入比率的关系的图。

如图12所示，在发明例3中，实现了将低反应性矿石(y)装入装入比率0.2以下(满足作为目标的装入比率0.56以下)的区域。另一方面，在比较例2中，在装入比率高于0.56的区域中也装入了低反应性矿石(y)，未能实现仅在装入比率为0.56以下的区域中装入低反应性矿石(y)。

表1中汇总示出利用高炉操作预测模型评价各实施例及比较例的操作条件的结果。如表1所示，发明例1～3与比较例1、2相比，还原材料比及充填层的压力损失减小。像这样，通过在目标时机将低反应性矿石(y)排出，从而能够将低反应性矿石(y)装入还原负荷低的区域。由此，能够在使矿石的还原状态变得稳定的同时，抑制低反应性矿石(y)被装入高炉中心侧而引起的通气性恶化、热损失增加，其结果，确认到能够减小高炉的还原材料比。

[表1]

附图标记说明

1a 无料钟装入装置

1b 无料钟装入装置

2 主料斗

3 副料斗

3a 料斗主体

3b 排出口

4 旋转滑槽

5 集合料斗

6 高炉主体

7 装入带式输送机。

Claims (5)

1.高炉的原料装入方法，所述高炉具备无料钟装入装置，所述无料钟装入装置在炉顶部具有多个主料斗和容量比所述主料斗小的副料斗，所述高炉的原料装入方法中，

在将投入到所述多个主料斗中的1个以上中的JIS还原率(RI)大于55％的高反应性矿石排出并利用旋转滑槽从炉中心侧朝向炉壁侧依次装入时，

在开始所述高反应性矿石的装入后，至少直到1批次中所装入的所述高反应性矿石的总量的45质量％的装入完成为止，从所述旋转滑槽仅装入所述高反应性矿石，

然后，从任意时间点起，开始将投入到所述副料斗中的JIS还原率(RI)为55％以下的低反应性矿石排出，然后，在任意期间，从所述旋转滑槽将所述低反应性矿石与所述高反应性矿石一同装入到以炉中心为起点0、以炉壁为终点1.0的高炉的无量纲半径0.6以上的区域。

2.根据权利要求1所述的高炉的原料装入方法，其中，向所述副料斗投入多个装载量的所述低反应性矿石，从所述副料斗将1个装载量的所述低反应性矿石分为各批次装入。

3.高炉的原料装入方法，所述高炉具备无料钟装入装置，所述无料钟装入装置在炉顶部具有多个主料斗和容量比所述主料斗小的副料斗，所述高炉的原料装入方法中，

在将投入到所述多个主料斗中的1个以上中的JIS还原率(RI)大于55％的高反应性矿石排出并利用旋转滑槽从炉壁侧朝向炉中心侧依次装入时，

与所述高反应性矿石的装入开始同时或者从装入开始后的任意时间点起，开始将投入到所述副料斗中的JIS还原率(RI)为55％以下的低反应性矿石排出，从所述旋转滑槽将所述低反应性矿石与所述高反应性矿石一同装入到以炉中心为起点0、以炉壁为终点1.0的高炉的无量纲半径0.6以上的区域，

至少直到1批次中所装入的所述高反应性矿石的总量的56质量％的装入完成的时间点为止，停止所述低反应性矿石的装入。

4.根据权利要求3所述的高炉的原料装入方法，其中，向所述副料斗投入多个装载量的所述低反应性矿石，从所述副料斗将1个装载量的所述低反应性矿石分为各批次装入。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的高炉的原料装入方法，其中，所述副料斗具有料斗主体及排出口，

所述副料斗设置于所述料斗主体及所述排出口的中心轴与所述高炉的炉体中心轴一致的位置。

Images