TWI759054B - 高爐之操作方法及高爐附帶設備 - Google Patents

高爐之操作方法及高爐附帶設備 Download PDF

Info

Publication number
TWI759054B
TWI759054B TW110100028A TW110100028A TWI759054B TW I759054 B TWI759054 B TW I759054B TW 110100028 A TW110100028 A TW 110100028A TW 110100028 A TW110100028 A TW 110100028A TW I759054 B TWI759054 B TW I759054B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
blast furnace
oxygen
methane
methane gas
Prior art date
Application number
TW110100028A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202129016A (zh
Inventor
高橋功一
野内泰平
小澤純仁
川尻雄基
守田祐哉
Original Assignee
日商杰富意鋼鐵股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商杰富意鋼鐵股份有限公司 filed Critical 日商杰富意鋼鐵股份有限公司
Publication of TW202129016A publication Critical patent/TW202129016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI759054B publication Critical patent/TWI759054B/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/008—Composition or distribution of the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/06—Making pig-iron in the blast furnace using top gas in the blast furnace process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/002—Evacuating and treating of exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/007—Controlling or regulating of the top pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B2005/005—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/26—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by adding additional fuel in recirculation pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
    • C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/80—Interaction of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel with other processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

本發明之高爐之操作方法具有如下步驟：於燃燒設備中，使用支燃氣體，使高爐氣體之至少一部分燃燒之步驟；使用自燃燒設備排出之燃燒廢氣，生成再生甲烷氣體之步驟；以及自高爐之風口向高爐內部吹入送風氣體及還原材料之步驟；使用氧氣作為送風氣體，且於還原材料之至少一部分使用上述再生甲烷氣體，又，使用氧氣作為燃燒設備之支燃氣體。

Description

高爐之操作方法及高爐附帶設備
本發明係關於一種高爐之操作方法及高爐附帶設備。
近年來，於地球環境問題日益嚴重之背景下，業界強烈要求削減二氧化碳(CO2 )之排放量。因此，於操作設置在煉鐵廠內之高爐時，亦要求進行低還原材料比(低RAR(Reducing Agent Rate))操作。
普通高爐中，自風口將熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體吹入高爐內。藉此，熱風中之氧與成為還原材料之焦炭或粉煤發生反應，生成一氧化碳(CO)氣體及氫(H2 )氣。藉由該等一氧化碳氣體及氫氣，將裝入高爐內之鐵礦石還原。又，於該鐵礦石之還原反應中，產生二氧化碳。 再者，送風氣體係自風口吹入高爐內之氣體。高爐氣體於高爐內亦發揮將粉煤或焦炭氣體化之作用。
作為於此種高爐之操作中削減二氧化碳排放量之技術，提出有以下技術：將自高爐等排出之副產氣體中所包含之一氧化碳或二氧化碳重組，生成甲烷或乙醇等烴，並將生成之烴作為還原材料再次導入高爐中。
例如，於專利文獻1中，揭示有「一種高爐之操作方法，其特徵在於具有：步驟(A)，其係自包含CO2 及/或CO之混合氣體中分離回收CO2 及/或CO；步驟(B)，其係對該步驟(A)中分離回收之CO2 及/或CO添加氫，將CO2 及/或CO轉換為CH4 ；步驟(C)，其係自經過該步驟(B)所得之氣體中分離去除H2 O；及步驟(D)，其係將經過該步驟(C)所得之氣體吹入高爐內。」。
又，於專利文獻2中，揭示有「一種高爐操作方法，其特徵在於：自使用高爐氣體作為燃料之一部分或全部之燃燒爐之廢氣中分離CO2 ，將分離出之CO2 重組為甲烷而獲得還原氣體，將所獲得之還原氣體吹入高爐中。」。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2011-225969號公報 專利文獻2：日本專利特開2014-005510號公報
(發明所欲解決之問題)
然而，關於專利文獻1及2之技術，當作為還原材料吹入高爐中之甲烷之量達到一定以上時，有時會引起高爐下部之熱效率不足、壓力損失上升、出渣不良等操作故障。 因此，要求開發一種能於穩定之操作下進一步削減來自高爐之二氧化碳之排放量的高爐之操作方法。
本發明係鑒於上述現狀而開發者，目的在於提供一種能於穩定之操作下進一步削減來自高爐之二氧化碳之排放量的高爐之操作方法。 又，本發明之目的在於提供一種用於上述高爐之操作方法之高爐附帶設備。 (解決問題之技術手段)
於是，本發明者等人為了達成上述目的，反覆進行了銳意研究。 首先，本發明者等人對專利文獻1及2之技術中當作為還原材料吹入高爐中之甲烷量達到一定以上時產生操作故障的原因進行了研究。 其結果，獲得了以下見解。當作為還原材料吹入高爐中之甲烷量達到一定以上時，於風口之出口附近產生之燃燒區域(風徑區)，吹入還原材料及焦炭燃燒所產生之火焰之溫度(以下，亦稱為風口端溫度)大幅度降低。而且，該風口端溫度之降低導致產生高爐下部之熱效率不足、壓力損失上升、出渣不良等操作故障。
即，於自風口將粉煤作為還原材料吹入高爐內之情況下，由於粉煤之主成分為碳，故於風徑區發生如下反應。 C+0.5O2 =CO+110.5 kJ/mol 另一方面，於自風口將甲烷作為還原材料吹入高爐內之情況下，於風徑區發生如下反應。 CH4 +0.5O2 =CO+2H2 +35.7 kJ/mol 若將該反應時所產生之熱量按CO及H2 之合計量之每1莫耳換算，則為11.9 kJ/mol。 為了使高爐之操作穩定，必須將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍。然而，若將吹入高爐內之大部分還原材料自粉煤置換成甲烷氣體，則因上述反應熱之差導致風口端溫度降低。其結果，無法將風口端溫度控制於上述範圍內，而產生各種操作故障。
因此，本發明者等人基於上述見解，進一步反覆進行了研究。 結果發現：藉由使用氧氣而並非熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體，即便吹入高爐內之還原材料使用大量甲烷，亦可有效地防止風口端溫度降低。
再者，關於藉由使用氧氣作為送風氣體，即便於吹入高爐內之還原材料使用大量甲烷，亦能夠將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍，本發明者等人對其理由作如下考慮。 即，於使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體之情況下，燃燒氣體中包含不參與燃燒反應之50體積%左右之氮，故而風徑區中之火焰溫度難以達到高溫。因此，若將吹入高爐內之大部分還原材料自粉煤置換為甲烷氣體，則因上述粉煤-氧反應中之反應熱與甲烷氣體-氧反應中之反應熱的差，導致風口端溫度降低，甚至導致風口端溫度低於適當溫度之下限2000℃。 另一方面，藉由使用氧氣作為送風氣體，可抑制不參與燃燒反應之氮氣混入，故而能夠使風口端溫度充分升高。即，與使用熱風之情況相比，可使風徑區中之火焰溫度變高，因此，即便於自風口吹入大量甲烷作為還原材料之情況下，亦能夠將風口端溫度控制為適當範圍之2000℃～2400℃之範圍。
又，本發明者等人進一步反覆進行研究，獲得了以下見解。 即，將高爐氣體於發電鍋爐等燃燒設備中用作燃料，自該燃燒設備所排出之氣體(以下，亦稱為燃燒廢氣)再生甲烷，將該再生之甲烷(再生甲烷氣體)作為還原材料再次吹入高爐內。藉此，能夠進一步削減二氧化碳自高爐向外部之排放量，且實現穩定之高爐操作。同時，可有效利用高爐氣體所具有之熱能，構築更高效率之資源循環系統。 又，本發明者等人亦獲得了以下見解。 即，於進行上述高爐操作時，藉由使用氧氣、尤其是氧濃度較高之氧氣作為送風氣體及上述燃燒設備之支燃氣體，能夠大幅度降低燃燒廢氣中所包含之氮量。藉此，即便於生成再生甲烷氣體之前步驟中無並自燃燒廢氣中分離出氮與二氧化碳之步驟，亦能夠生成高品質(高濃度)之再生甲烷氣體。又，由資源之循環效率或設備之小型化方面而言亦極為有利。本發明係基於上述見解，進一步進行研究而完成者。
即，本發明之主旨構成如下。 1.一種高爐之操作方法，其具有如下步驟： 於燃燒設備中，使用支燃氣體，使屬於自上述高爐排出之副產氣體的高爐氣體之至少一部分燃燒之步驟； 使用自上述燃燒設備排出之燃燒廢氣，生成再生甲烷氣體之步驟；以及 自上述高爐之風口向上述高爐之內部吹入送風氣體及還原材料之步驟； 使用氧氣作為上述送風氣體，且於上述還原材料之至少一部分使用上述再生甲烷氣體， 又，使用氧氣作為上述燃燒設備之支燃氣體。
2.如上述1之高爐之操作方法，其中，上述還原材料中之循環碳原子之基本單位為60 kg/t以上。 此處，所謂循環碳原子之基本單位，係指製造1 t熔鐵時作為還原材料吹入高爐內之再生甲烷氣體之碳換算質量，藉由下式求出。 [循環碳原子之基本單位(kg/t)]=[作為還原材料吹入高爐內之再生甲烷氣體中之甲烷之質量(kg)]×(12/16)÷[熔鐵製造量(t)]
3.如上述1或2之高爐之操作方法，其中，用作上述送風氣體之氧氣之氧濃度為80體積%以上。
4.如上述1至3中任一項之高爐之操作方法，其中，用作上述支燃氣體之氧氣之氧濃度為80體積%以上。
5.如上述1至3中任一項之高爐之操作方法，其中，用作上述支燃氣體之氧氣之氧濃度為20體積%以上，且氧及二氧化碳之濃度之和為80體積%以上。
6.如上述1至5中任一項之高爐之操作方法，其中，使上述高爐氣體之一部分於上述燃燒設備中燃燒，將上述高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。
7.如上述1至6中任一項之高爐之操作方法，其中，將上述再生甲烷氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。
8.一種高爐附帶設備，其係用於如上述1至7中任一項之高爐之操作方法者；其具備： 燃燒設備，其使用上述支燃氣體，使上述高爐氣體燃燒； 甲烷氣體生成裝置，其使用上述燃燒廢氣，生成上述再生甲烷氣體；以及 氣體吹入裝置，其具有將上述再生甲烷氣體導入上述高爐之風口之甲烷氣體供給部、及將用作上述送風氣體之氧氣導入上述高爐之風口之氧氣供給部。 (對照先前技術之功效)
根據本發明，能於穩定之操作下，進一步削減二氧化碳(CO2 )自高爐向外部之排放量。又，能夠構築高效率之資源循環系統。另外，藉由使用來自高爐氣體之燃燒廢氣所生成之甲烷氣體，亦能夠削減焦炭及粉煤、即屬於有限之化石燃料之煤的使用量。 進而，由於燃燒廢氣中之氮量大幅度減少，故資源之循環效率變高。又，不需要自燃燒廢氣中分離一氧化碳或二氧化碳之步驟，換言之，不需要巨大之變壓吸附法(PSA，Pressure Swing Adscorption)分離裝置等，由設備之小型化方面而言亦極為有利。
基於以下之實施形態對本發明進行說明。 本發明之一實施形態係一種高爐之操作方法，其具有如下步驟： 於燃燒設備中，使用支燃氣體，使屬於自上述高爐排出之副產氣體的高爐氣體之至少一部分燃燒； 使用自上述燃燒設備排出之燃燒廢氣，生成再生甲烷氣體；以及 自上述高爐之風口向上述高爐之內部吹入送風氣體及還原材料； 使用氧氣作為上述送風氣體，且於上述還原材料之至少一部分使用上述再生甲烷氣體， 又，使用氧氣作為上述燃燒設備之支燃氣體。
首先，以將本發明之一實施形態之高爐之操作方法應用於圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備之情況為例進行說明。 圖中，符號1係高爐，2係風口，3係甲烷氣體生成裝置，4係氣體吹入裝置，5係第1脫水裝置，6係第2脫水裝置，7係燃燒器，7-3係燃燒設備，7-4係燃燒廢氣用脫水裝置。再者，此處所謂高爐亦包括豎式還原爐等。
[高爐之操作方法] 於本發明之一實施形態之高爐之操作方法中，自高爐之爐頂部向高爐內裝入成為原料之燒結礦、塊狀礦石、團礦(以下，亦稱為礦石原料)或焦炭等(未圖示)。又，自設置於高爐下部之風口2向高爐1內吹入送風氣體與還原材料。再者，為了與焦炭加以區分，將自風口2向高爐1內吹入之還原材料亦稱為吹入還原材料。 然後，藉由送風氣體與還原材料之反應所產生之一氧化碳氣體及氫氣，將裝入高爐1內之礦石原料還原。於該礦石原料之還原反應中，產生二氧化碳。然後，該二氧化碳係同未與礦石原料發生反應之一氧化碳及氫等一起作為副產氣體自高爐之爐頂部排出。高爐之爐頂部成為2.5氣壓左右之高壓條件。因此，屬於自該高爐之爐頂部排出之副產氣體的高爐氣體恢復為常壓時發生膨脹冷卻，而使水蒸氣冷凝。然後，於第1脫水裝置5中，將該冷凝水去除。
繼而，將高爐氣體導入燃燒設備7-3中。作為燃燒設備7-3，可舉例如電鍋爐、加熱爐、退火爐等。 再者，無須將高爐氣體全部導入燃燒設備7-3中，亦可將高爐氣體之一部分導入燃燒設備7-3中，將除此以外之高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內之其他設備。
繼而，於燃燒設備7-3中，使用支燃氣體，使高爐氣體燃燒。而且，此時，重要的是使用幾乎不含氮之氧氣，具體而言，使用氮濃度為20體積%以下之氧氣作為支燃氣體。再者，氮濃度較佳為10體積%以下，更佳為5體積%以下，進而較佳為2體積%以下。又，氮濃度亦可為0體積%。關於下述送風氣體之氮濃度亦同樣。 其原因在於，藉由使用氧氣、尤其是幾乎不含氮之氧氣作為燃燒設備之支燃氣體及下述送風氣體，能夠大幅度降低燃燒廢氣中所包含之氮量。 藉此，即便於生成再生甲烷氣體之前步驟中並無自燃燒廢氣中分離出氮與二氧化碳之步驟，亦能夠生成高品質(高濃度)之再生甲烷氣體。又，由資源之循環效率或設備之小型化方面而言亦極為有利。
又，用作燃燒設備之支燃氣體之氧氣中之氧濃度較佳為80體積%以上。氧濃度更佳為90體積%以上，進而較佳為95體積%以上，進而更佳為98體積%以上。氧濃度亦可為100體積%。 進而，用作燃燒設備之支燃氣體之氧氣亦包含將純氧以二氧化碳稀釋後之氣體，具體而言，氧濃度為20體積%以上且氧及二氧化碳之濃度之和為80體積%以上之氣體。二氧化碳例如只要使用燃燒廢氣中所包含者即可。又，氧及二氧化碳之濃度之和較佳為90體積%以上，更佳為95體積%以上，進而較佳為98體積%以上。尤其若氧及二氧化碳之濃度之和為90體積%以上，則即便於超過通常之高爐操作期間進行操作之情況下，亦可將再生甲烷氣體中之甲烷氣體濃度保持為高濃度(90體積%左右)而無須供給外部甲烷氣體等，故而非常有利。又，氧及二氧化碳之濃度之和亦可為100體積%。 再者，該氧氣中之除氧及二氧化碳以外之其餘氣體較佳為20體積%以下。其餘氣體更佳為10體積%以下，進而較佳為5體積%以下。又，其餘氣體亦可為0體積%。再者，作為其餘氣體，可舉例如氮或氬等，如上所述，氮濃度較佳為20體積%以下。氮濃度更佳為10體積%以下，進而較佳為5體積%以下，進而更佳為2體積%以下。又，氮濃度亦可為0體積%。
繼而，藉由將自燃燒設備7-3排出之燃燒廢氣冷卻至常溫，而使燃燒廢氣中之水蒸氣冷凝。然後，於燃燒廢氣用脫水裝置7-4中將該冷凝水去除。
繼而，將燃燒廢氣導入甲烷氣體生成裝置3中。然後，於甲烷氣體生成裝置3中，使燃燒廢氣中所包含之二氧化碳與氫發生反應，生成甲烷(CH4 )氣體。再者，將使燃燒廢氣發生反應所得之甲烷氣體稱為再生甲烷氣體。再者，導入甲烷氣體生成裝置3中之燃燒廢氣實質上包含二氧化碳及氧。燃燒廢氣中之二氧化碳與氧以外之其餘氣體較佳為20體積%以下，更佳為10體積%以下。又，其餘氣體亦可為0體積%。再者，其餘氣體包括高爐氣體或支燃氣體中所包含之氣體成分(N2 等)。
又，生成再生甲烷氣體所使用之氫氣只要自煉鐵廠內或外部供給即可。又，在煉鐵廠內製造氫氣之情況下，較佳為儘量不產生二氧化碳之製法，可舉例如水電解等。另外，作為自外部供給之氫氣，可舉例如藉由將天然氣等烴利用水蒸氣重組等來進行重組而製造之氫氣、使液化氫氣化所得之氫氣、將有機氫化物脫氫而製造之氫氣等。 又，生成再生甲烷氣體所使用之氫氣亦可並非氫濃度為100體積%之氣體，但為了使再生甲烷氣體之甲烷濃度為高濃度，較佳為使用氫濃度較高之氣體，具體而言，使用氫濃度為80體積%以上之氫氣。氫濃度更佳為90體積%以上，進而較佳為95體積%以上。氫濃度亦可為100體積%。作為除氫以外之其餘氣體，可舉例如CO或CO2 、H2 S、CH4 、N2 等。
繼而，藉由將再生甲烷氣體冷卻至常溫，而使再生甲烷氣體中之水蒸氣冷凝。然後，於第2脫水裝置6中，將該冷凝水去除。
繼而，將再生甲烷氣體導入氣體吹入裝置4中。氣體吹入裝置4係經由第2脫水裝置6與甲烷氣體生成裝置3連接。又，氣體吹入裝置4具有：甲烷氣體供給部，其將成為吹入還原材料之再生甲烷氣體導入高爐1之風口2；及氧氣供給部，其將成為送風氣體之氧氣導入高爐之風口。
例如，如圖2(a)所示，氣體吹入裝置4包含具有中心管4-1及外管4-3之同軸多重管。而且，向成為甲烷氣體供給部(路)之中心管內路導入甲烷氣體(導入再生甲烷氣體，及適當導入下述外部甲烷氣體)，向成為氧氣供給部(路)之中心管4-1與外管4-3之間之環狀管路導入氧氣。 又，亦可一併使用其他吹入還原材料、例如粉煤或廢塑膠、氫氣或一氧化碳氣體等還原氣體。再者，其他吹入還原材料向高爐內吹入之量合計為150 kg/t以下較為合適。此處，單位「kg/t」係指製造1 t熔鐵時向高爐內吹入之其他吹入還原材料之量。 於使用其他吹入還原材料之情況下，亦可將其他吹入還原材料一併導入甲烷氣體供給部。又，於使用粉煤或廢塑膠作為其他吹入還原材料之情況下，較佳為與甲烷氣體供給部分開設置使粉煤或廢塑膠流通之另一還原材料供給部(路)。於該情況下，例如，如圖2(b)所示，氣體吹入裝置4包含如下同軸多重管，該同軸多重管除了具有中心管4-1及外管4-3以外，尚於中心管4-1與外管4-3之間設置有內管4-2。而且，自成為另一還原材料供給部之中心管內路導入粉煤、廢塑膠等其他吹入還原材料。又，自成為甲烷氣體供給部之中心管4-1與外管4-3之間之環狀管路導入甲烷氣體，自成為氧氣供給部之內管4-2與外管4-3之間之環狀管路導入氧。 再者，若使用常溫之氧氣作為送風氣體，則與使用熱風之情況相比點燃性變差，故而較佳為使構成氣體吹入裝置4之氧氣供給部之外管之噴出部為多孔構造，以促進氧氣與吹入還原材料混合。
又，並不一定使自風口吹入高爐內之甲烷氣體(以下，亦稱為吹入甲烷氣體)全部為再生甲烷氣體，亦可配合煉鐵廠之操作使用自其他生產線供給之甲烷氣體(亦稱為外部甲烷氣體)。於該情況下，可於氣體吹入裝置4之甲烷氣體供給部連接外部甲烷氣體之供給生產線，亦可於上述另一還原材料供給部連接外部甲烷氣體之供給生產線。又，亦可於甲烷氣體生成裝置3與氣體吹入裝置4之間(較佳為第2脫水裝置6與氣體吹入裝置4之間)之再生甲烷氣體流通路連接外部甲烷氣體之供給生產線。 再者，作為外部甲烷氣體，可舉例如來自化石燃料之甲烷氣體等。
繼而，如圖2(a)及(b)所示，自氣體吹入裝置4導入之吹入甲烷氣體等吹入還原材料及氧氣於風口2內混合，該混合氣體於自風口2吹入高爐1內後立即迅速點燃並迅速燃燒。然後，於風口2之前方之高爐內，形成屬於吹入甲烷氣體等吹入還原材料或焦炭與氧氣發生反應之區域的風徑區8。
再者，存在如下情況：當送風氣體中之氧濃度增加時，爐內氣體量變少，高爐上部之裝入物之升溫不充分。於該情況下，如圖1所示，較佳係利用燃燒器7使第1脫水裝置5下游之一部分高爐氣體部分燃燒，達到800℃～1000℃左右之後，向高爐爐身部吹入預熱氣體。
而且，於本發明之一實施形態之高爐之操作方法中，如上所述，重要的是使用氧氣而並非使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體。 即，於使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體之情況下，燃燒氣體中包含不參與燃燒反應之50體積%左右之氮，故風徑區中之火焰溫度難以達到高溫。因此，若將吹入高爐內之大部分還原材料自粉煤置換為甲烷氣體，則因上述粉煤-氧反應中之反應熱與甲烷氣體-氧反應中之反應熱的差導致風口端溫度降低，使風口端溫度低於適當溫度之下限2000℃。其結果，導致高爐下部之熱效率不足、壓力損失上升、出渣不良等操作故障。又，由於高爐氣體中包含大量氮，故於由來自高爐氣體之燃燒廢氣生成甲烷氣體之步驟之前，需要進行分離氮與二氧化碳之步驟。 另一方面，藉由使用氧氣作為送風氣體，可抑制不參與燃燒反應之氮氣混入，故能夠使風口端溫度充分升高。即，與使用熱風之情況相比，可使風徑區中之火焰溫度變高。因此，於自風口吹入大量甲烷作為還原材料之情況下，亦能夠將風口端溫度控制為適當範圍即2000℃～2400℃之範圍。 根據以上所述，於本發明之一實施形態之高爐之操作方法中，重要的是使用氧氣作為送風氣體。
再者，圖6中，針對使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體之條件(以下，亦稱為熱風送風條件)與使用氧氣(氧濃度：100%)作為送風氣體之條件(以下，亦稱為氧氣送風條件)，表示下述還原材料中之循環碳原子之基本單位(以下，亦簡稱為循環碳原子之基本單位)與風口端溫度之關係之一例。兩條件均於吹入還原材料全部使用再生甲烷氣體(甲烷濃度：99.5%)。 如圖6所示，可知於熱風送風條件下，當循環碳原子之基本單位為52 kg/t以上(即，再生甲烷之吹入量為97 Nm3 /t以上)時，風口端溫度會低於適當溫度之下限2000℃。如此，於一般所使用之熱風送風條件下，若將循環碳原子之基本單位設為55 kg/t以上、尤其是60 kg/t以上，則會導致風口端溫度降低，無法進行穩定之操作。 另一方面，可知於氧氣送風條件下，即便將循環碳原子之基本單位設為55 kg/t以上、進而60 kg/t以上，亦能夠將風口端溫度保持為2000℃以上。 再者，於圖6之氧氣送風條件下，循環碳原子之基本單位為55 kg/t～80 kg/t之範圍時，風口端溫度超過適當溫度之上限2400℃。其原因在於，於吹入還原材料全部使用再生甲烷，而於吹入還原材料之一部分使用外部甲烷氣體之情況下，即便循環碳原子之基本單位為55 kg/t～80 kg/t之範圍內，亦能夠將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍。又，即便於吹入還原材料全部使用再生甲烷之情況下，亦能夠藉由調整氧氣之氧濃度，而將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍。
又，用作送風氣體之氧氣之氧濃度較佳為80體積%以上。即，若用作送風氣體之氧氣之氧濃度較低，則有向高爐內導入之氣體量、甚至高爐之壓力損失增大，從而生產性降低之虞。又，於重複上述氣體循環期間，再生甲烷氣體中之甲烷氣體之濃度相對降低。因此，用作送風氣體之氧氣中之氧濃度較佳為80體積%以上。氧濃度更佳為90體積%以上，進而較佳為95體積%以上，進而更佳為98體積%以上。尤其若氧濃度為90體積%以上，則即便於超過通常之高爐操作期間進行操作之情況下，亦能夠將再生甲烷氣體中之甲烷氣體濃度保持為高濃度(90體積%左右)而無須外部甲烷氣體之供給等，故而非常有利。氧濃度亦可為100體積%。 再者，作為氧氣中之除氧以外之其餘氣體，例如亦可包含氮、二氧化碳、氬等。
又，較佳為將再生甲烷氣體、或包含再生甲烷氣體及外部甲烷氣體之吹入甲烷氣體之甲烷濃度設為80體積%以上。 即，若吹入甲烷氣體中之甲烷濃度較低，則有向高爐內吹入之氣體量、甚至高爐之壓力損失增大，從而生產性降低之虞。又，於重複上述氣體循環期間，再生甲烷氣體中之甲烷濃度相對降低。因此，吹入甲烷氣體之甲烷濃度較佳為80體積%以上。吹入甲烷氣體之甲烷濃度更佳為90體積%以上，進而較佳為95體積%以上，進而更佳為98體積%以上。吹入甲烷氣體之甲烷濃度亦可為100體積%。 根據相同之理由，再生甲烷氣體及外部甲烷氣體之甲烷濃度亦分別較佳為80體積%以上。再生甲烷氣體及外部甲烷氣體之甲烷濃度分別更佳為90體積%以上，進而較佳為95體積%以上，進而更佳為98體積%以上。再生甲烷氣體及外部甲烷氣體之甲烷濃度分別亦可為100體積%。 再者，作為吹入甲烷氣體、再生甲烷氣體及外部甲烷氣體中之除甲烷以外之其餘氣體，例如亦可包含一氧化碳、二氧化碳、氫及烴、以及氮等雜質氣體。 又，於再生甲烷氣體之甲烷濃度降低之情況下，例如，藉由使吹入甲烷氣體中之再生甲烷氣體之比例降低，另一方面，使甲烷濃度較高之外部甲烷氣體之比例增加，則能夠將吹入甲烷氣體中之甲烷濃度保持得較高。
又，於本發明之一實施形態之高爐之操作方法中，較佳為將還原材料中之循環碳原子之基本單位設為55 kg/t以上，進而設為60 kg/t以上。 此處，所謂循環碳原子之基本單位，係指製造1 t熔鐵時作為還原材料吹入高爐內之再生甲烷氣體之碳換算質量，藉由下式求出。 [循環碳原子之基本單位(kg/t)]=[作為還原材料吹入高爐內之再生甲烷氣體中之甲烷之質量(kg)]×(12/16)÷[熔鐵製造量(t)]
為了實現高爐之穩定操作，通常需要將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍。因此，於使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣)作為送風氣體之情況下，為了將風口端溫度保持為上述範圍，以碳換算質量計，僅能將甲烷氣體至多向高爐內吹入52 kg/t左右。即，即便使吹入高爐內之甲烷氣體全部為再生甲烷氣體，還原材料中之循環碳原子之基本單位亦至多為52 kg/t左右。
另一方面，於本發明之一實施形態之高爐之操作方法中，即便使甲烷氣體之吹入量大幅度增加，亦能夠將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍。因此，可使還原材料中之循環碳原子之基本單位增加至55 kg/t以上、進而60 kg/t以上。藉此，來自高爐氣體中所包含之一氧化碳或二氧化碳之再生甲烷氣體之使用量增加，來自高爐之二氧化碳之排放量進一步削減。還原材料中之循環碳原子之基本單位為80 kg/t以上，進而為90 kg/t以上更合適。還原材料中之循環碳原子之基本單位之上限並不特別限定，但較佳為110 kg/t以下。 再者，藉由調整吹入還原材料中之再生甲烷氣體向風口吹入之量，可控制還原材料中之循環碳原子之基本單位。 尤其藉由將吹入甲烷氣體中之再生甲烷氣體之比例設為80體積%以上，較佳為90體積%以上，可獲得較高之二氧化碳排放量削減效果。
又，於再生甲烷氣體存在剩餘部分之情況下，亦可將該剩餘部分供給至煉鐵廠內。
再者，氧氣及還原材料之吹入量或其他操作條件並不特別限定，只要根據高爐之容量等適當決定即可。
[高爐附帶設備] 本發明之一實施形態之高爐附帶設備係用於上述高爐之操作方法者，且具備： 燃燒設備，其使用上述支燃氣體，使上述高爐氣體燃燒； 甲烷氣體生成裝置，其使用上述燃燒廢氣，生成上述再生甲烷氣體；以及 氣體吹入裝置，其具有將上述再生甲烷氣體導入上述高爐之風口之甲烷氣體供給部、及將用作上述送風氣體之氧氣導入上述高爐之風口之氧氣供給部。
此處，燃燒設備係使用支燃氣體使高爐氣體燃燒之設備，可舉例如發電鍋爐、加熱爐、退火爐等。
又，甲烷氣體生成裝置例如具有燃燒廢氣取入部、氫氣取入部、及反應部。於反應部中，使自燃燒廢氣取入部取入之燃燒廢氣與自氫氣取入部取入之氫氣發生反應，生成再生甲烷氣體。 再者，由於在甲烷氣體之生成反應中引起發熱，故較佳為反應部具備冷卻機構。
如上所述，例如，如圖2(a)所示，氣體吹入裝置包含具有中心管4-1及外管4-3之同軸多重管。而且，向成為甲烷氣體供給部(路)之中心管內路導入甲烷氣體(導入再生甲烷氣體，及適當導入下述外部甲烷氣體)，向成為氧氣供給部(路)之中心管4-1與外管4-3之間之環狀管路導入氧氣。 又，亦可一併使用其他吹入還原材料、例如粉煤或廢塑膠、氫氣或一氧化碳氣體等還原氣體。 於使用其他吹入還原材料之情況下，亦可將其他吹入還原材料亦一併導入甲烷氣體供給部。又，於使用粉煤、廢塑膠作為其他吹入還原材料之情況下，較佳為與甲烷氣體供給部分開設置使粉煤、廢塑膠流通之另一還原材料供給部(路)。於該情況下，例如，如圖2(b)所示，氣體吹入裝置包含如下同軸多重管，該同軸多重管除了具有中心管4-1及外管4-3以外，尚於中心管4-1與外管4-3之間設置有內管4-2。而且，自成為另一還原材料供給部之中心管內路導入粉煤、廢塑膠等其他吹入還原材料。又，自成為甲烷氣體供給部之中心管4-1與外管4-3之間之環狀管路導入甲烷氣體，自成為氧氣供給部之內管4-2與外管4-3之間之環狀管路導入氧。 [實施例]
使用圖1、圖3至5中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，於表1所示之條件下進行高爐操作，對操作中之風口端溫度及來自高爐之二氧化碳排放量進行評估。將評估結果一併記載於表1中。 再者，於圖3至5中，符號9係熱風爐，10係氣體分離裝置，11係熱風爐廢氣用脫水裝置。
此處，於發明例1中，使用圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，將高爐氣體之一部分導入燃燒設備中。繼而，於燃燒設備中使高爐氣體燃燒，自其燃燒廢氣生成再生甲烷氣體。再者，高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。又，於吹入還原材料全部使用再生甲烷氣體，將再生甲烷氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。 於發明例2中，使用圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，將高爐氣體之一部分導入燃燒設備中。繼而，於燃燒設備中使高爐氣體燃燒，自其燃燒廢氣生成再生甲烷氣體。再者，高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。又，於吹入還原材料全部使用再生甲烷氣體，以不產生再生甲烷氣體之剩餘部分之方式，調整再生甲烷氣體之生成量。 於發明例3中，使用圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，將高爐氣體全部導入燃燒設備中。繼而，於燃燒設備中使高爐氣體燃燒，自其燃燒廢氣生成再生甲烷氣體。又，於吹入還原材料全部使用再生甲烷氣體，將再生甲烷氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。 於發明例4中，使用圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，將高爐氣體之一部分導入燃燒設備中。繼而，於燃燒設備中使高爐氣體燃燒，自其燃燒廢氣生成再生甲烷氣體。再者，高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。又，於吹入還原材料除了使用再生甲烷氣體以外，一部分使用來自化石燃料之外部甲烷氣體。 於發明例5中，使用圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，將高爐氣體之一部分導入燃燒設備中。繼而，於燃燒設備中使高爐氣體燃燒，自其燃燒廢氣生成再生甲烷氣體。再者，燃燒設備中所使用之支燃氣體係使用將純氧藉由燃燒廢氣(主要為CO2 )稀釋後之氣體。再者，高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。又，於吹入還原材料除了使用再生甲烷氣體以外，一部分使用來自化石燃料之外部甲烷氣體。
另一方面，於比較例1中，使用圖3中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備。即，比較例1係分別使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣(氧濃度：21～25體積%左右))作為送風氣體，使用粉煤作為吹入還原材料之普通高爐操作方法。再者，未自高爐氣體生成再生甲烷氣體。 於比較例2中，使用圖4中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備。此處，分別使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣(氧濃度：21～25體積%左右))作為送風氣體，使用再生甲烷氣體作為吹入還原材料。又，於生成再生甲烷氣體之前，自高爐氣體中分離一氧化碳及二氧化碳，自分離出之一氧化碳及二氧化碳生成再生甲烷氣體。 於比較例3中，使用圖5中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備。此處，分別使用熱風(加熱至1200℃左右之空氣(氧濃度：21～25體積%左右))作為送風氣體，使用再生甲烷氣體作為吹入還原材料。又，於生成再生甲烷氣體時，使用熱風爐之副產氣體(以下，亦稱為熱風爐廢氣)，而並非使用高爐氣體。而且，自熱風爐廢氣中分離二氧化碳，自分離出之二氧化碳生成再生甲烷氣體。 於比較例4中，使用圖1中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備，將高爐氣體之一部分導入燃燒設備中。繼而，於燃燒設備中使高爐氣體燃燒，自其燃燒廢氣生成再生甲烷氣體。再者，高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。又，於吹入還原材料除了使用再生甲烷氣體以外，一部分使用來自化石燃料之外部甲烷氣體。 於比較例5中，與比較例2同樣地，使用圖4中示意性地表示之高爐及高爐附帶設備。再者，比較例5除了使吹入甲烷氣體比增加以外，其他條件與比較例2相同。
再者，為了便於比較，儘可能統一高爐之參數。即，使爐身效率為94%，熱損耗為150000 kcal/t。 再者，單位「kcal/t」係指製造1 t熔鐵時所產生之熱損耗量(kcal)。同樣地，焦炭比等中所使用之單位「kg/t」係指製造1 t熔鐵時所使用之焦炭之量(kg)等。又，吹入甲烷比等所使用之單位「Nm3 /t」亦係指製造1 t熔鐵時吹入高爐內之吹入甲烷氣體中之甲烷量(Nm3 )等(再者，吹入甲烷比係再生甲烷比及外部甲烷比之和，但再生甲烷氣體中包含甲烷以外之微量之其餘氣體；又，表1中所表示之再生甲烷比及外部甲烷比之值均係將甲烷以外之微量之其餘氣體排除後之甲烷量，係將小數點後第1位四捨五入所得之值；因此，存在表1中之吹入甲烷比與再生甲烷比及外部甲烷比之和不一致之情況；又，表1中之其他數值亦存在同樣情況)。 又，表1中之「高爐InputC」係指製造1 t熔鐵時所使用之來自外部之(具體而言為焦炭、粉煤及外部甲烷氣體所包含之)碳原子之質量(kg)。
[表1]
表1
   發明例1 發明例2 發明例3
高爐參數 爐身效率 - 0.94 0.94 0.94
熱損耗 kcal/t 150000 150000 150000
焦炭比 kg/t 338 338 338
還原材料 (吹入還原材料) 粉煤比 kg/t 0 0 0
吹入甲烷比 Nm3 /t 200 200 200
再生甲烷比 Nm3 /t 200 200 200
外部甲烷比 Nm3 /t 0 0 0
送風氣體 供給量 Nm3 /t 321 321 321
供給溫度 ℃ 25 25 25
種類 - 氧氣 氧氣 氧氣
氧濃度 體積% 100 100 100
高爐氣體產生量 Nm3 /t 1034 1034 1034
燃燒步驟 燃料氣體種類 - 高爐氣體 高爐氣體 高爐氣體
燃料氣體量 Nm3 /t 527 264 1034
支燃氣體 供給量 Nm3 /t 150 75 294
種類 - 氧氣 氧氣 氧氣
氧濃度 體積% 100 100 100
二氧化碳濃度 體積% 0 0 0
其餘氣體(N2 等) 體積% 0 0 0
燃燒廢氣 總產生量 Nm3 /t 402 201 788
支燃氣體稀釋使用量 Nm3 /t 0 0 0
排放量 Nm3 /t 402 201 788
含有氣體種類 - CO2 CO2 CO2
其餘氣體(N2 等) 體積% 0.4 04 0.4
氣體分離步驟 分離步驟之有無 - 無 無 無
分離前之氣體種類 - - - -
分離前之氣體量 Nm3 /t - - -
分離後之氣體種類 - - - -
分離後之氣體量 Nm3 /t - - -
甲烷氣體生成步驟 原料氣體種類 - 燃燒廢氣 燃燒廢氣 燃燒廢氣
原料氣體量 Nm3 /t 402 201 788
氫氣供給量 Nm3 /t 1601 801 3141
再生甲烷氣體之生成量 Nm3 /t 402 201 788
再生甲烷氣體之甲烷濃度 體積% 99.6 99.6 99.6
氣體分配 吹入甲烷氣體中之再生甲烷氣體量 Nm3 /t 201 201 201
再生甲烷氣體之剩餘量(煉鐵廠內供給量) Nm3 /t 201 0 587
高爐氣體之剩餘量(煉鐵廠內供給量) Nm3 /t 507 770 0
C平衡 循環碳原子之基本單位 kg/t 107 107 107
高爐InputC kg/t 290 290 290
評估結果 自高爐向外部排出之CO2 量 kg/t 1064 1064 1064
風口端溫度 ℃ 2046 2046 2046
表1(續)
   發明例4 發明例5 比較例1
高爐參數 爐身效率 - 0.94 0.94 0.94
熱損耗 kcal/t 150000 150000 150000
焦炭比 kg/t 338 338 331
還原材料 (吹入還原材料) 粉煤比 kg/t 0 0 170
吹入甲烷比 Nm3 /t 200 200 0
再生甲烷比 Nm3 /t 112 200 0
外部甲烷比 Nm3 /t 88 0 0
送風氣體 供給量 Nm3 /t 321 321 1006
供給溫度 ℃ 25 25 1200
種類 - 氧氣 氧氣 熱風
氧濃度 體積% 100 100 25
高爐氣體產生量 Nm3 /t 1034 1034 1517
燃燒步驟 燃料氣體種類 - 高爐氣體 高爐氣體 -
燃料氣體量 Nm3 /t 147 527 -
支燃氣體 供給量 Nm3 /t 42 748 -
種類 - 氧氣 氧氣(利用燃燒廢氣加以稀釋) -
氧濃度 體積% 100 20 -
二氧化碳濃度 體積% 0 79.7 -
其餘氣體(N2 等) 體積% 0 0.3 -
燃燒廢氣 總產生量 Nm3 /t 112 1001 -
支燃氣體稀釋使用量 Nm3 /t 0 599 -
排放量 Nm3 /t 112 402 -
含有氣體種類 - CO2 CO2 -
其餘氣體(N2 等) 體積% 0.4 0.4 -
氣體分離步驟 分離步驟之有無 - 無 無 無
分離前之氣體種類 - - - -
分離前之氣體量 Nm3 /t - - -
分離後之氣體種類 - - - -
分離後之氣體量 Nm3 /t - - -
甲烷氣體生成步驟 原料氣體種類 - 燃燒廢氣 燃燒廢氣 -
原料氣體量 Nm3 /t 112 402 -
氫氣供給量 Nm3 /t 448 1601 -
再生甲烷氣體之生成量 Nm3 /t 112 402 -
再生甲烷氣體之甲烷濃度 體積% 99.6 99.6 -
氣體分配 吹入甲烷氣體中之再生甲烷氣體量 Nm3 /t 112 201 -
再生甲烷氣體之剩餘量(煉鐵廠內供給量) Nm3 /t 0 201 -
高爐氣體之剩餘量(煉鐵廠內供給量) Nm3 /t 886 507 1144
G平衡 循環碳原子之基本單位 kg/t 60 107 0
高爐InputC kg/t 338 290 420
評估結果 自高爐向外部排出之CO2 量 kg/t 1238 1064 1539
風口端溫度 ℃ 2046 2046 2179
表1(續)
   比較例2 比較例3 比較例4 比較例5
高爐參數 爐身效率 - 0.94 0.94 0.94 0.94
熱損耗 kcal/t 150000 150000 150000 150000
焦炭比 kg/t 410 410 338 398
還原材料 (吹入還原材料) 粉煤比 kg/t 0 0 0 0
吹入甲烷比 Nm3 /t 97 97 200 112
再生甲烷比 Nm3 /t 97 97 75 112
外部甲烷比 Nm3 /t 0 0 126 0
送風氣體 供給量 Nm3 /t 1053 1053 321 1064
供給溫度 ℃ 1200 1200 25 1200
種類 - 熱風 熱風 氧氣 熱風
氧濃度 體積% 25 25 100 25
高爐氣體產生量 Nm3 /t 1587 1587 1034 1607
燃燒步驟 燃料氣體種類 - - - 高爐氣體 -
燃料氣體量 Nm3 /t - - 98 -
支燃氣體 供給量 Nm3 /t - - 28 -
種類 - - - 氧氣 -
氧濃度 體積% - - 100 -
二氧化碳濃度 體積% - - 0 -
其餘氣體(N2 等) 體積% - - 0 -
燃燒廢氣 總產生量 Nm3 /t - - 75 -
支燃氣體稀釋使用量 Nm3 /t - - 0 -
排放量 Nm3 /t - - 75 -
含有氣體種類 - - - CO2 -
其餘氣體(N2 等) 體積% - - 0.4 -
氣體分離步驟 分離步驟之有無 - 有 有 無 有
分離前之氣體種類 - 高爐氣體 熱風爐廢氣 - 高爐氣體
分離前之氣體量 Nm3 /t 232 704 - 272
分離後之氣體種類 - CO、CO2 CO2 - CO、CO2
分離後之氣體量 Nm3 /t 97 179 - 112
甲烷氣體 生成步驟 原料氣體種類 - CO、CO2 CO2 燃燒廢氣 CO、CO2
原料氣體量 Nm3 /t 97 179 75 112
氫氣供給量 Nm3 /t 342 715 299 393
再生甲烷氣體之生成量 Nm3 /t 97 179 75 112
再生甲烷氣體之甲烷濃度 體積% 100.0 100.0 99.6 100.0
氣體分配 吹入甲烷氣體中之再生甲烷氣體量 Nm3 /t 97 97 75 112
再生甲烷氣體之剩餘量(煉鐵廠內供給量) Nm3 /t 0 81 0 0
高爐氣體之剩餘量(煉鐵廠內供給量) Nm3 /t 960 1192 935 934
C平衡 循環碳原子之基本單位 kg/t 52 52 40 60
高爐InputC kg/t 353 353 358 342
評估結果 自高爐向外部排出之CO2 量 kg/t 1293 1293 1311 1255
風口端溫度 ℃ 2000 2000 2046 1941
如表1所示，任一發明例中，均可藉由將風口端溫度控制為2000℃～2400℃之範圍而進行穩定之高爐操作，並且可削減自高爐向外部排出之二氧化碳量。尤其於發明例1～3及5中，可大幅度削減自高爐向外部排出之二氧化碳量。 另一方面，於比較例1～4中，未獲得充分之二氧化碳量削減效果。又，於比較例5中，因吹入甲烷氣體量增加導致風口端溫度未滿2000℃，故無法進行穩定之高爐操作。
1:高爐 2:風口 3:甲烷氣體生成裝置 4:氣體吹入裝置 4-1:中心管 4-2:內管 4-3:外管 5:第1脫水裝置 6:第2脫水裝置 7:燃燒器 7-3:燃燒設備 7-4:燃燒廢氣用脫水裝置 8:風徑區 9:熱風爐 10:氣體分離裝置 11:熱風爐廢氣用脫水裝置
圖1係示意性地表示本發明之一實施形態之高爐之操作方法中所使用的高爐及高爐附帶設備之一例之圖。 圖2(a)及(b)係示意性地表示本發明之一實施形態之高爐之操作方法中所使用的氣體吹入裝置之例之圖。 圖3係示意性地表示比較例中所使用之高爐及高爐附帶設備之圖。 圖4係示意性地表示比較例中所使用之高爐及高爐附帶設備之圖。 圖5係示意性地表示比較例中所使用之高爐及高爐附帶設備之圖。 圖6係針對熱風送風條件及氧氣送風條件，表示循環碳原子之基本單位與風口端溫度之關係之一例的圖。
1:高爐
2:風口
3:甲烷氣體生成裝置
4:氣體吹入裝置
5:第1脫水裝置
6:第2脫水裝置
7:燃燒器
7-3:燃燒設備
7-4:燃燒廢氣用脫水裝置

Claims (9)

  1. 一種高爐之操作方法，其具有如下步驟：於燃燒設備中，使用支燃氣體，使屬於自上述高爐排出之副產氣體的高爐氣體之至少一部分燃燒之步驟；使用自上述燃燒設備排出之燃燒廢氣，生成再生甲烷氣體之步驟；以及自上述高爐之風口向上述高爐內部吹入送風氣體及還原材料之步驟；使用氧氣作為上述送風氣體，且於上述還原材料之至少一部分使用上述再生甲烷氣體，又，使用氧氣作為上述燃燒設備之支燃氣體；上述還原材料中之循環碳原子之基本單位為55kg/t以上，此處，所謂循環碳原子之基本單位，係指製造1t熔鐵時作為還原材料吹入高爐內之再生甲烷氣體之碳換算質量，藉由下式求出：[循環碳原子之基本單位(kg/t)]=[作為還原材料吹入高爐內之再生甲烷氣體中之甲烷之質量(kg)]×(12/16)÷[熔鐵製造量(t)]。
  2. 如請求項1之高爐之操作方法，其中，上述還原材料中之循環碳原子之基本單位為60kg/t以上。
  3. 如請求項1之高爐之操作方法，其中，用作上述送風氣體之氧氣之氧濃度為80體積%以上。
  4. 如請求項2之高爐之操作方法，其中，用作上述送風氣體之氧氣之氧濃度為80體積%以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之高爐之操作方法，其中，用作 上述支燃氣體之氧氣之氧濃度為80體積%以上。
  6. 如請求項1至4中任一項之高爐之操作方法，其中，用作上述支燃氣體之氧氣之氧濃度為20體積%以上，且氧及二氧化碳之濃度之和為80體積%以上。
  7. 如請求項1至4中任一項之高爐之操作方法，其中，使上述高爐氣體之一部分於上述燃燒設備中燃燒，將上述高爐氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。
  8. 如請求項1至4中任一項之高爐之操作方法，其中，將上述再生甲烷氣體之剩餘部分供給至煉鐵廠內。
  9. 一種高爐附帶設備，其係用於請求項1至8中任一項之高爐之操作方法者；其具備：燃燒設備，其使用上述支燃氣體，使上述高爐氣體燃燒；甲烷氣體生成裝置，其使用上述燃燒廢氣，生成上述再生甲烷氣體；以及氣體吹入裝置，其具有將上述再生甲烷氣體導入上述高爐之風口之甲烷氣體供給部、及將用作上述送風氣體之氧氣導入上述高爐之風口之氧氣供給部。
TW110100028A 2020-01-23 2021-01-04 高爐之操作方法及高爐附帶設備 TWI759054B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-009187 2020-01-23
JP2020009187 2020-01-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202129016A TW202129016A (zh) 2021-08-01
TWI759054B true TWI759054B (zh) 2022-03-21

Family

ID=76992194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110100028A TWI759054B (zh) 2020-01-23 2021-01-04 高爐之操作方法及高爐附帶設備

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4095268A4 (zh)
JP (1) JP7131697B2 (zh)
KR (1) KR20220082037A (zh)
CN (1) CN114846159A (zh)
TW (1) TWI759054B (zh)
WO (1) WO2021149401A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201231677A (en) * 2011-01-18 2012-08-01 Jfe Steel Corp Operating method of furnace
JP2014005510A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Jfe Steel Corp 高炉操業方法
JP2016222949A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 Ｊｆｅスチール株式会社 酸素高炉の操業方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1216154C (zh) * 2003-06-23 2005-08-24 安徽工业大学 一种高效低co2排放富氢燃气纯氧高炉炼铁工艺
WO2009116672A1 (ja) * 2008-03-18 2009-09-24 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉ガスの分離方法
WO2011108546A1 (ja) * 2010-03-02 2011-09-09 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉の操業方法、製鉄所の操業方法、および酸化炭素含有ガスの利用方法
JP5640803B2 (ja) 2010-03-29 2014-12-17 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉又は製鉄所の操業方法
CN101906501A (zh) * 2010-08-03 2010-12-08 莱芜钢铁集团有限公司 一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺
CN102010920A (zh) * 2010-12-24 2011-04-13 宝钢集团新疆八一钢铁有限公司 一种无钟炉顶高炉高比例球团矿炉料结构冶炼方法
CN203360479U (zh) * 2013-05-28 2013-12-25 宝山钢铁股份有限公司 降低熔融还原炼铁工艺中纯氧鼓风风口燃烧温度的装置
JP6258039B2 (ja) * 2014-01-07 2018-01-10 新日鐵住金株式会社 高炉の操業方法
KR20160120334A (ko) * 2014-03-26 2016-10-17 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 산소 고로의 조업 방법
DE102017006067A1 (de) * 2017-06-27 2018-12-27 Helmut Aaslepp Sauerstoff-Hochofen mit Top Gas Recycling

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201231677A (en) * 2011-01-18 2012-08-01 Jfe Steel Corp Operating method of furnace
JP2014005510A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Jfe Steel Corp 高炉操業方法
JP2016222949A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 Ｊｆｅスチール株式会社 酸素高炉の操業方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220082037A (ko) 2022-06-16
WO2021149401A1 (ja) 2021-07-29
EP4095268A1 (en) 2022-11-30
JP7131697B2 (ja) 2022-09-06
CN114846159A (zh) 2022-08-02
EP4095268A4 (en) 2023-07-26
JPWO2021149401A1 (zh) 2021-07-29
TW202129016A (zh) 2021-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI778450B (zh) 高爐之操作方法及高爐附帶設備
TWI785506B (zh) 高爐之操作方法及高爐附帶設備
TWI759054B (zh) 高爐之操作方法及高爐附帶設備
TWI765510B (zh) 高爐之操作方法及高爐附帶設備
TWI775216B (zh) 高爐之操作方法及高爐附帶設備
TWI758025B (zh) 高爐之操作方法及高爐附帶設備
JP7192845B2 (ja) 高炉の操業方法および高炉附帯設備
JP7272312B2 (ja) 還元鉄の製造方法
RU2802414C1 (ru) Способ эксплуатации доменной печи и вспомогательный узел доменной печи
TW202334441A (zh) 高爐的作業方法、鐵水的製造方法及高爐附帶設備