TW202340483A - 高爐操作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種高爐操作方法，其於實施使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作時，可在高爐內的熔著帶及滴落帶適當地保持金屬鐵的通液性，並將高爐內的氣體通氣性確保為能夠操作的範圍內。本發明的高爐操作方法是自高爐的爐頂裝入鐵系原料以及焦炭，並自高爐的風口吹入使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的氣體，所述高爐操作方法將鐵系原料與所述焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積設為規定範圍內。該情況下，較佳為將每單位鐵系原料的邊界面積設為25 m
2/礦石-噸以上。
Description
本發明是有關於一種使風口前的高爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作方法，詳細而言，是有關於一種提高高爐內的熔著帶及滴落帶中的金屬鐵的通液性、以及高爐內氣體的通氣性的高爐操作方法。
近年來，削減作為溫室效應氣體之一的CO
2氣體（二氧化碳氣體）的排放量的動態高漲。於利用高爐進行的煉鐵法中，使用炭材作為還原材料，因此產生大量的CO
2氣體。因此，鋼鐵業於CO
2氣體的排放量中成為主要的產業之一，必須響應削減CO
2氣體的排放量這一社會要求。具體而言，高爐操作中的源自煤炭的還原材料比的進一步削減已成為當務之急。所謂源自煤炭的還原材料比，是指製造1噸熔鐵所需的源自煤炭的焦炭及源自煤炭的還原氣體的合計質量。
還原材料具有於爐內變成熱而使裝入物升溫的作用、以及將爐內的作為鐵系原料的鐵礦石、鐵礦石的燒結礦、鐵礦石的顆粒還原的作用。為了降低還原材料比以削減CO
2氣體的排放量，需要一邊保持爐內的熱量，一邊提高還原材料的還原效率。
作為以削減CO
2氣體的排放量為目的的還原材料，氫備受矚目。利用氫進行的鐵礦石的還原為吸熱反應，但其吸熱量小於直接還原反應（反應式：FeO+C→Fe+CO），基於氫的還原速度快於基於CO氣體的還原速度。因此，藉由向高爐吹入氫系氣體，可同時實現CO
2氣體的排放量的削減以及還原效率的提高。
為了高爐的穩定操作，需要確保高爐內的鐵系原料熔著的熔著帶的通氣性。但是，於使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作、以及較先前的操作而言爐內還原氣體濃度高並且還原反應速度快的高爐操作中，高爐內的通氣性並不清楚。
於利用氫進行還原時，與CO氣體還原時相比，鐵系原料的還原率變高。因此，即便於高還原率時的高爐操作中，亦需要於可確保適當的金屬鐵（經還原而生成的金屬鐵）的通液性及氣體通氣性的原料裝入條件下進行操作。
作為用於解決與所述課題類似的問題的現有技術，提出有專利文獻1、專利文獻2中所揭示的技術。
於專利文獻1中，揭示有一種裝入物分佈控制方法，其中於礦石層/焦炭層的周邊區域中的相對層厚比為0.50～0.70的高爐中，可靠且準確地調整爐頂裝入物沿爐口半徑方向的裝入模式，從而實現高爐的穩定操作。
於專利文獻2中，揭示有一種高爐操作方法，其中於自風口吹入相對於每噸熔鐵而為180 kg以上的粉煤的高爐操作中，以使焦炭層厚Lc、與將焦炭層厚Lc及礦石層厚Lo加以合計而得的裝入層厚的比在爐半徑方向上的各區域中滿足規定值的方式，自爐頂裝入焦炭及鐵礦石。根據專利文獻2，可降低高爐上部的裝入物層中的壓力損失，良好地保持爐內通氣性，能夠進行穩定的高粉煤吹入操作。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2000-256712號公報
專利文獻2：日本專利特開2002-129211號公報
[發明所欲解決之課題]
但是，該些現有技術均是將鐵系原料的還原率低的條件下的操作設為對象的技術。因此，該些現有技術對於消除如下高爐操作、即、使風口前的高爐內產生高濃度還原氣體來提高鐵系原料的還原率，因此金屬鐵的通液性惡化而產生熔著帶中的通氣性的降低的高爐操作而言無效。
即，於以風口前的爐內產生的高濃度還原氣體成為圖1（圖1的說明將於以後敘述）的區域A的範圍內（包含H
2氣體=0體積%～100體積%、N
2氣體=0體積%～71體積%、CO氣體=0體積%～100體積%的範圍內）的方式進行操作時，比先前的操作更促進鐵系原料自低溫的還原，因此到達還原率變高。藉此，高爐內所生成的金屬鐵量增加。
鐵（Fe）的熔點為1538℃，比FeO的熔點即1377℃高。因此，於先前的操作方法的原材料裝入方法中，存在金屬鐵的通液性降低，應滴落到爐床部的金屬鐵會滯留於焦炭層的空隙中的問題。因此，高爐內的通氣阻力增加，有可能會誘發竄氣。
本發明是鑒於所述情況而成，其目的在於提供一種高爐操作方法，其於實施使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作時，可在高爐內的熔著帶及滴落帶適當地保持金屬鐵的通液性，並將高爐內的氣體通氣性確保為能夠操作的範圍內。
[解決課題之手段]
為了解決所述課題，本發明者等人進行了努力研究。結果，獲得如下見解：於使風口前的高爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作中，控制鐵系原料與焦炭的邊界面積，增加焦炭中的碳向爐內生成的金屬鐵的滲碳面積，並藉由碳的滲碳來促進金屬鐵的熔點降低；藉此，良好地保持高爐內的熔著帶及滴落帶中的金屬鐵的通液性及氣體通氣性。本發明是基於所述見解而成，其主旨如以下般。
[1] 一種高爐操作方法，自高爐的爐頂交替裝入鐵系原料以及焦炭，並自高爐的風口吹入使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的氣體，所述高爐操作方法將所述鐵系原料與所述焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積設為規定範圍內。
[2] 如[1]所述的高爐操作方法，其中所述每單位鐵系原料的邊界面積為每單位鐵系原料的鐵系原料層與焦炭層的邊界面積、和鐵系原料與混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的邊界面積的合計值。
[3] 如[2]所述的高爐操作方法，其中將所述每單位鐵系原料的邊界面積設為25 m
2/礦石-噸以上。
[4] 如[1]所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體於以爐腹氣體（Bosh gas）組成來表示時為如下組成、即包含H
2氣體、N
2氣體及CO氣體、且H
2氣體、N
2氣體及CO氣體的比例處於H
2氣體-N
2氣體-CO氣體的三元系圖表中的由H
2氣體：0體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%的點、H
2氣體：100體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%的點、H
2氣體：29體積%、N
2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%的點、以及H
2氣體：0體積%、N
2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%的點此四點包圍的區域內的組成，且包含0體積%～100體積%的範圍內的H
2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N
2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體。
[5] 如[2]所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體於以爐腹氣體組成來表示時為如下組成、即包含H
2氣體、N
2氣體及CO氣體、且H
2氣體、N
2氣體及CO氣體的比例處於H
2氣體-N
2氣體-CO氣體的三元系圖表中的由H
2氣體：0體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%的點、H
2氣體：100體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%的點、H
2氣體：29體積%、N
2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%的點、以及H
2氣體：0體積%、N
2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%的點此四點包圍的區域內的組成，且包含0體積%～100體積%的範圍內的H
2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N
2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體。
[6] 如[3]所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體於以爐腹氣體組成來表示時為如下組成、即包含H
2氣體、N
2氣體及CO氣體、且H
2氣體、N
2氣體及CO氣體的比例處於H
2氣體-N
2氣體-CO氣體的三元系圖表中的由H
2氣體：0體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%的點、H
2氣體：100體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%的點、H
2氣體：29體積%、N
2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%的點、以及H
2氣體：0體積%、N
2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%的點此四點包圍的區域內的組成，且包含0體積%～100體積%的範圍內的H
2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N
2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體。
[7] 如[1]至[6]中任一項所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體中的H
2量為0 Nm
3/熔鐵-噸～500 Nm
3/熔鐵-噸的範圍內。
[發明的效果]
於本發明中，在實施使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作時，將自爐頂裝入的鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積設為規定範圍內。藉此，所生成的金屬鐵的滲碳得到促進，金屬鐵的熔點降低，並且恰當地保持高爐內的熔著帶及滴落帶中的金屬鐵的通液性。結果，可將高爐內的氣體通氣性確保為能夠操作的範圍內，可實現高爐的穩定操作。
以下，具體說明本發明的實施形態。本實施形態的高爐操作方法為如下高爐操作方法，其自高爐的爐頂將鐵系原料以及焦炭交替且呈層狀地裝入至高爐內，並且自設置於高爐下部的風口向高爐內吹入氣體，利用自風口吹入的氣體使風口前的高爐內生成高濃度還原氣體。鐵系原料中例如包含鐵礦石、鐵礦石的燒結礦、鐵礦石的顆粒、還原鐵及廢鐵。使用的鐵系原料以及焦炭的種類並無特別限制，若為先前的高爐操作中所使用的鐵系原料以及焦炭，則於本發明中亦可適宜地使用。
用於生成高濃度還原氣體的氣體包含將高爐內的鐵系原料還原的還原成分。此處，所謂將高爐內的鐵系原料還原的還原成分，不僅包含其自身可將鐵系原料還原的成分即CO氣體、H
2氣體、烴氣體，而且亦包含藉由與焦炭的反應或分解反應等而生成還原氣體的成分即CO
2氣體、H
2O氣體等。
圖1是於H
2氣體-N
2氣體-CO氣體的三元系圖表的氣體成分組成中，表示藉由本實施形態的高爐操作方法使風口前的爐內生成的高濃度還原氣體的成分範圍的圖。所謂本實施形態中的高濃度還原氣體，為使用該高濃度還原氣體將鐵系原料於900℃下還原180分鐘時的平均還原率為80%以上的還原氣體。於以爐腹氣體組成表示該還原氣體時，為如下組成、即包含H
2氣體、N
2氣體以及CO氣體、且H
2氣體、N
2氣體以及CO氣體的比例（其中，設為H
2氣體+N
2氣體+CO氣體=100體積%時的比例）為圖1中斜線部所表示的區域A（本發明的操作範圍）的範圍內、並且包含0體積%～100體積%的範圍內的H
2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N
2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體的氣體組成。
區域A為於H
2氣體-N
2氣體-CO氣體的三元系圖表中，由點O（H
2氣體：0體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%）、點P（H
2氣體：100體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%）、點Q（H
2氣體：29體積%、N
2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%）及點R（H
2氣體：0體積%、N
2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%）此四點包圍的範圍內。另外，圖1中比較示出先前的一般的高爐操作範圍的氣體組成。
於該區域A中的由點O（H
2氣體：0體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%）、點P（H
2氣體：100體積%、N
2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%）、點Q'（H
2氣體：43體積%、N
2氣體：57體積%、CO氣體：0體積%）及點R'（H
2氣體：0體積%、N
2氣體：14體積%、CO氣體：86體積%）此四點包圍的範圍內，將鐵系原料於900℃下還原180分鐘時的平均還原率為90%以上，因此爐內的熔著帶中的熔渣成分中的FeO量明顯降低。因此，於使風口前的爐內生成該成分範圍內的高濃度還原氣體時，將鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積設為規定範圍內，恰當地保持金屬鐵的通液性的效果進一步變高。
本發明者等人使用模擬高爐的比例尺1/4的小型試驗爐，進行使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的試驗，進行對爐內的熔著帶及滴落帶中的鐵系原料與焦炭的邊界面積、和金屬鐵（經還原而生成的金屬）的滴落量的關係進行調查的試驗。此處，所謂鐵系原料與焦炭的邊界面積，是指將鐵系原料層與焦炭層的邊界面積S、和鐵系原料與混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的邊界面積S
mix加以合計而得的邊界面積S
total即（S
total=S+S
mix）。
圖2是示意性地表示爐內的鐵系原料層及焦炭層的形狀的圖。如圖2所示，確認到鐵系原料層及焦炭層保持層狀在高爐內下降。該情況下，鐵系原料層與焦炭層的邊界成為鐵系原料層下表面與焦炭層上表面的邊界（圖2的邊界1）、以及鐵系原料層上表面與焦炭層下表面的邊界（圖2的邊界2）此兩處邊界。邊界1及邊界2的面積相等，藉由下述（1）式算出鐵系原料層與焦炭層的邊界面積S。
[數1]
…（1）
於所述（1）式中，D為試驗爐的爐徑（m），θ為爐內裝入物（鐵系原料層及焦炭層）相對於水平線的傾斜角度（°），π為圓周率。爐徑D使用根據試驗爐的設計圖而得的爐腹徑，傾斜角度θ使用於爐內塊狀帶所測定的值。於鐵系原料層與焦炭層的邊界無法利用直線近似時，例如，在半徑方向上將邊界分割為多個區域，並使用各區域中的傾斜角度的平均值算出傾斜角度θ，以便能夠利用直線近似。
圖3的（A）是示意性地表示鐵系原料層與混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的圖，圖3的（B）是示意性地表示混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的形狀的圖。如圖3的（B）所示，將混合裝入至鐵系原料層中的焦炭粒子看作正八面體，藉此利用下述（2）式及（3）式算出鐵系原料與混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的邊界面積S
mix。
[數2]
…（2）
…（3）
於所述（2）式、（3）式中，a為正八面體的一邊的長度（m），W
c為爐內的每1層鐵系原料層中所混合的混合焦炭的質量（噸/進料（ton/charge）），ρ
c為焦炭的表觀密度（kg/m
3），d為混合焦炭的粒徑（m）。焦炭的表觀密度ρ
c是基於包括粒子內的空隙在內的每單位容積的質量，利用液浸法進行測定。混合焦炭的粒徑d是設為自混合裝入層採集的焦炭的平均粒徑。
鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit由下述（4）式表示。
[式3]
…（4）
於所述（4）式中，W
Iron為爐內的每1層鐵系原料層的鐵系原料的質量（噸/進料）。
所謂鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit，是計算出鐵系原料層下表面與焦炭層上表面的邊界面積和鐵系原料層上表面與焦炭層下表面的邊界面積，並且將在鐵系原料層中混合裝入焦炭粒子時的焦炭粒子看作正八面體，計算出與焦炭粒子數相應的正八面體的表面積作為鐵系原料與焦炭粒子的邊界面積，將兩者加以合計而獲得邊界面積S
total，且邊界面積S
total除以W
Iron而得的值。
於小型試驗爐中，進行如下試驗，即，將原料裝入條件設為現有方法的操作條件、且鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit為約14 m
2/礦石-噸的條件，並使風口前的爐內生成高濃度還原氣體。於該原料裝入條件下，熔著帶中的熔融物的滴落量減少至先前試驗的十分之一左右，因此通氣性劣化至能夠繼續穩定的試驗的範圍外。該情況示出必需重新設定與使風口前的爐內生成高濃度還原氣體的高爐操作相適的原料裝入條件。
基於在提高金屬鐵的通液性時需要增加對於高爐內經還原而生成的金屬鐵的滲碳面積的見解，進行如下試驗、即變更鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit並使小型試驗爐的風口前的爐內生成高濃度還原氣體。於該試驗中，使鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit於12 m
2/礦石-噸～35 m
2/礦石-噸的範圍內變更，調查每單位鐵系原料的邊界面積S
unit對金屬鐵滴落量及通氣阻力指數KS造成的影響。
關於金屬鐵滴落量，於實驗後回收試驗中滴落的熔融物，將金屬鐵與熔渣分離後，利用重量計測定金屬鐵的重量。通氣阻力指數KS是作為以在爐內溫度為1000℃以上的區域中測定的壓力損失、與根據操作條件推測的物性值為基礎而算出的通氣阻力K值（1/m）的積分值來算出。
＜通氣阻力指數KS的算出方法＞
通氣阻力K值（1/m）是藉由下述（5）式來算出。
K=（ΔP/H）/（ρ
gas 0.7×μ
gas 0.3×v
gas 1.7） …（5）
此處，ΔP為壓力損失（Pa），H為爐內填充層層厚（m），ρ
gas為氣體密度（kg/m
3），μ
gas為氣體黏度（Pa･s），v
gas為氣體流速（m/s）。ΔP是藉由在風口與試驗爐上部（比填充層更靠上部的空間）的爐壁設置壓力計並計算壓力的差量而求出。關於H，自例如於試驗爐上部穿孔的孔***測定用夾具來測定填充層表面的位置，並使用填充層表面位置與設置有風口的位置於高度方向上的距離作為H。可使用雷射距離計測定填充層表面的位置。ρ
gas可根據自風口導入的氣體成分、爐內的溫度、以及爐內的壓力來算出。μ
gas可根據自風口導入的氣體成分、與爐內的溫度來算出。v
gas可根據自風口導入的氣體流量、爐內的溫度、以及爐內的壓力來算出。此處，爐內的溫度是於與填充層對應的位置的爐壁設置多個溫度計，並使用該溫度計的測定值的平均值。同樣地，爐內的壓力是於與填充層對應的位置的爐壁設置多個壓力計，並使用該壓力計的測定值的平均值。亦可使用ΔP的算出中使用的風口的壓力與填充層上部的壓力的平均值作為爐內的壓力。
通氣阻力指數KS是藉由下述（6）式來算出。
[數4]
…（6）
於（6）式中，Tmax為測定爐內壓力損失的最高溫度，雖然每次測定均不同，但為1500℃～1650℃左右。
圖4是表示金屬鐵滴落量、和鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit的關係的圖形。圖4的橫軸為鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積（m
2/礦石-噸），縱軸為無因次金屬鐵滴落量（-）。所謂無因次金屬鐵滴落量，是將每單位鐵系原料的邊界面積S
unit為25 m
2/礦石-噸時的金屬鐵滴落量設為1.0的無因次的金屬鐵滴落量。單位（-）是指為無因次。
圖5是表示通氣阻力指數KS、和鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit的關係的圖形。圖5的橫軸為鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積（m
2/礦石-噸），縱軸為通氣阻力指數KS（10
5℃/m）。
如圖4所示，於鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit成為25 m
2/礦石-噸以上時，確認到金屬鐵的滴落量增加。認為其原因在於：經還原而生成的金屬鐵與焦炭中的碳接觸的機會增加，金屬鐵被滲碳而金屬鐵的熔點降低。
另外，如圖5所示，於鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit成為25 m
2/礦石-噸以上時，隨著金屬鐵的滴落量增加，通氣阻力指數KS降低至作為目標值的2000以下。通氣阻力指數KS的目標值2000為能夠繼續穩定的試驗的閾值。所謂穩定的試驗，是指填充層表面高度相對於時間而言均勻地降低，不會產生竄氣等故障的試驗。
根據該些結果，得知，藉由將鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit設為25 m
2/礦石-噸以上，可穩定地進行使風口前的爐內生成高濃度還原氣體的試驗。
本實施形態的高爐操作方法是基於所述試驗結果而成者，且為如下高爐操作方法，其中自高爐的爐頂裝入鐵系原料以及焦炭，並自高爐的風口吹入使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的氣體，所述高爐操作方法將鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit設為規定範圍內。
此處，較佳為將鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit設為25 m
2/礦石-噸以上。藉此，可獲得充分的金屬鐵的滴落量，可實現高爐的穩定操作。另一方面，於鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit小於25 m
2/礦石-噸時，無法獲得充分的金屬鐵的滴落量，通氣阻力指數KS值變高。
另外，邊界面積S
unit是藉由增加爐內的每1層鐵系原料層中所混合的混合焦炭的質量W
c、或減少爐內的每1層鐵系原料層的鐵系原料的質量W
Iron而增加。通常，於高爐操作中，在增加爐內的每1層鐵系原料層中所混合的混合焦炭的質量W
c時，為了使焦炭相對於鐵系原料的比率固定，而減少裝入至焦炭層的焦炭量，因此焦炭層薄層化。另一方面，於減少爐內的每1層鐵系原料層的鐵系原料的質量W
Iron時，鐵系原料層薄層化。由於原料在高爐半徑方向上的下降速度未必固定，因此若焦炭層或鐵系原料層過度薄層化，則焦炭層或鐵系原料層的層結構有時會崩塌。因此，於將鐵系原料以及焦炭交替且呈層狀地裝入至高爐內，並使該些維持層狀在高爐內下降時，較佳為將邊界面積S
unit設為53.1 m
2/礦石-噸以下。
另外，高濃度還原氣體較佳為該高濃度還原氣體中的H
2氣體量（包含烴中的氫在內）為0 Nm
3/熔鐵-噸～500 Nm
3/熔鐵-噸的範圍內。藉此，可抑制爐內溫度的降低及還原反應速度的降低。另一方面，若高濃度還原氣體中的H
2氣體量超過500 Nm
3/熔鐵-噸，則爐內溫度降低，還原反應速度降低，因此欠佳。另外，於以單質的形式吹入H
2氣體的情況下，為了將風口前溫度保持為操作範圍內，較佳為於對H
2氣體進行加熱後予以送風。
如以上所說明般，於本實施形態的高爐操作方法中，在實施使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的高爐操作時，將自爐頂裝入的鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit設為規定範圍內。藉此，所生成的金屬鐵的滲碳得到促進，金屬鐵的熔點降低，並且恰當地保持高爐內的熔著帶及滴落帶中的金屬鐵的通液性，可將高爐內的氣體通氣性確保為能夠操作的範圍內，可實現高爐的穩定操作。
[實施例]
使用大型高爐實施如下高爐操作試驗，即，自爐頂交替裝入鐵系原料以及焦炭，使鐵系原料的質量以及焦炭原料的質量固定，使自爐頂裝入的鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit發生變化，並使風口前的爐內生成高濃度還原氣體。將操作條件及試驗結果示於下述表1中。
[表1]
*1：所謂甲烷比，為每1噸熔鐵的甲烷吹入量
| 項目 | 單位 | 發明例1 | 發明例2 | 比較例1 | |
| 爐體 | 爐徑 | m | 15 | 15 | 15 |
| 鐵源原料及 焦炭的 裝入條件 | 傾斜角θ | ° | 22 | 22 | 22 |
| 鐵系原料的質量W Iron | 噸/進料 | 178 | 178 | 178 | |
| 焦炭原料的質量 | 噸/進料 | 28.2 | 28.2 | 28.2 | |
| 焦炭表觀密度ρ c | kg/m 3 | 800 | 800 | 800 | |
| 混合焦炭的粒徑d | mm | 25 | 25 | 25 | |
| 混合焦炭的質量W c | 噸/進料 | 13.5 | 9.5 | 6 | |
| 邊界面積S unit | m 2/礦石-噸 | 34.4 | 25.0 | 16.9 | |
| 波希氣體 | CO氣體 | 體積% | 62 | 62 | 62 |
| H 2氣體 | 體積% | 38 | 38 | 38 | |
| N 2氣體 | 體積% | 0 | 0 | 0 | |
| H 2量 | Nm 3/熔鐵-噸 | 430 | 430 | 430 | |
| 操作規格 | 甲烷比 *1 | kg/熔鐵-噸 | 155 | 155 | 155 |
| 送風基本單位 | Nm 3/熔鐵-噸 | 350 | 350 | 350 | |
| 富氧 | %（乾） | 100 | 100 | 100 | |
| 操作結果 | 金屬鐵通液性 | - | 良好 | 良好 | 不良 |
| 通氣性 | - | 良好 | 良好 | 不良 |
如表1所示般，確認到於將自爐頂裝入的鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit設為本發明的範圍的發明例1、發明例2中，金屬鐵的通液性及通氣性良好，能夠進行穩定操作。另一方面，於自爐頂裝入的鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit為本發明的範圍外的比較例1中，無法獲得充分的金屬鐵的通液性，通氣性亦不良。
θ:傾斜角度
圖1是於H
2氣體-N
2氣體-CO氣體的三元系圖表的氣體成分組成中，以爐腹氣體組成表示藉由本實施形態的高爐操作方法使風口前的爐內生成的高濃度還原氣體的成分範圍的圖。
圖2是示意性地表示高爐內的鐵系原料層及焦炭層的形狀的圖。
圖3的（A）是示意性地表示鐵系原料層與混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的圖，圖3的（B）是示意性地表示混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的形狀的圖。
圖4是表示金屬鐵滴落量、和鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit的關係的圖形。
圖5是表示通氣阻力指數KS、和鐵系原料與焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積S
unit的關係的圖形。
Claims (7)
- 一種高爐操作方法，自高爐的爐頂交替裝入鐵系原料以及焦炭，並自高爐的風口吹入使風口前的爐內產生高濃度還原氣體的氣體，所述高爐操作方法將所述鐵系原料與所述焦炭的每單位鐵系原料的邊界面積設為規定範圍內。
- 如請求項1所述的高爐操作方法，其中所述每單位鐵系原料的邊界面積為每單位鐵系原料的鐵系原料層與焦炭層的邊界面積、和鐵系原料與混合裝入至鐵系原料層的焦炭粒子的邊界面積的合計值。
- 如請求項2所述的高爐操作方法，其中將所述每單位鐵系原料的邊界面積設為25 m 2/礦石-噸以上。
- 如請求項1所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體於以爐腹氣體組成來表示時為如下組成：包含H 2氣體、N 2氣體及CO氣體，且H 2氣體、N 2氣體及CO氣體的比例處於H 2氣體-N 2氣體-CO氣體的三元系圖表中的由H 2氣體：0體積%、N 2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%的點、H 2氣體：100體積%、N 2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%的點、H 2氣體：29體積%、N 2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%的點、以及H 2氣體：0體積%、N 2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%的點此四點包圍的區域內的組成，並且 包含0體積%～100體積%的範圍內的H 2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N 2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體。
- 如請求項2所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體於以爐腹氣體組成來表示時為如下組成：包含H 2氣體、N 2氣體及CO氣體，且H 2氣體、N 2氣體及CO氣體的比例處於H 2氣體-N 2氣體-CO氣體的三元系圖表中的由H 2氣體：0體積%、N 2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%的點、H 2氣體：100體積%、N 2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%的點、H 2氣體：29體積%、N 2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%的點、以及H 2氣體：0體積%、N 2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%的點此四點包圍的區域內的組成，並且 包含0體積%～100體積%的範圍內的H 2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N 2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體。
- 如請求項3所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體於以爐腹氣體組成來表示時為如下組成：包含H 2氣體、N 2氣體及CO氣體，且H 2氣體、N 2氣體及CO氣體的比例處於H 2氣體-N 2氣體-CO氣體的三元系圖表中的由H 2氣體：0體積%、N 2氣體：0體積%、CO氣體：100體積%的點、H 2氣體：100體積%、N 2氣體：0體積%、CO氣體：0體積%的點、H 2氣體：29體積%、N 2氣體：71體積%、CO氣體：0體積%的點、以及H 2氣體：0體積%、N 2氣體：37體積%、CO氣體：63體積%的點此四點包圍的區域內的組成，並且 包含0體積%～100體積%的範圍內的H 2氣體、0體積%～71體積%的範圍內的N 2氣體、以及0體積%～100體積%的範圍內的CO氣體。
- 如請求項1至請求項6中任一項所述的高爐操作方法，其中所述高濃度還原氣體中的H 2量為0 Nm 3/熔鐵-噸～500 Nm 3/熔鐵-噸的範圍內。
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