生鐵製造方法及用於其的高爐設備的製作方法

2023-05-02 14:58:21

生鐵製造方法及用於其的高爐設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種高爐設備(100)，其具備：高爐本體(110)、由高爐本體(110)的頂部向內部裝入包含鐵礦石及焦炭的原料(1)的原料裝入機構(111-113)、由高爐本體(110)的風口向內部噴吹熱風(101)的熱風噴吹機構(114、115)、和由高爐本體(110)的風口向內部噴吹高爐噴吹煤(11)的高爐噴吹煤供給機構(120-129)，其中，高爐噴吹煤供給機構(120-129)是噴吹氧原子含有比例(乾燥基準)為10～20重量％、平均細孔徑為10～50nm的高爐噴吹煤(11)的機構。
【專利說明】生鐵製造方法及用於其的高爐設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及生鐵製造方法及用於其的高爐設備。

【背景技術】
[0002] 在高爐設備中，通過由高爐本體的頂部向內部裝入包含鐵礦石及焦炭的原料並且 由該高爐本體的側部的靠下方的風口向內部噴吹熱風及作為輔助燃料的高爐噴吹煤（微 粉煤），由此能夠由鐵礦石製造生鐵。
[0003] 若由高爐本體的風口向內部作為輔助燃料噴吹的高爐噴吹煤（微粉煤）產生未燃 碳，則有該未燃碳阻礙燃燒氣體的流通的可能性。因此，例如在下述專利文獻1中，提出了 將KMn0 4、H202、KC103、K2Cr 2O4等氧化劑預先添加於微粉煤中，由此能夠使燃燒效率提高而抑 制未燃碳（煤）的產生。
[0004] 另外，例如在下述專利文獻2中，提出了在熱風中使氧富集化而由風口向高爐本 體的內部噴吹，由此來提高高爐噴吹煤的燃燒性。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本特開平6-220510號公報
[0008] 專利文獻2 :日本特開2003-286511號公報
[0009] 專利文獻3 :日本特開平10-060508號公報
[0010] 專利文獻4 :日本特開平11-092809號公報


【發明內容】

[0011] 發明所要解決的課題
[0012] 但是，對於上述專利文獻1中記載的高爐噴吹煤而言，由於特意將上述那樣的氧 化劑添加於微粉煤中，因此導致運轉成本的增加。
[0013] 另外，在上述專利文獻2中記載的提高燃燒性的方法中，需要邊向熱風中不斷加 入大量的氧邊使高爐運轉，因此還是導致運轉成本的增加。
[0014] 由此，本發明的目的在於，提供能夠實現生鐵的製造成本的降低的生鐵製造方法 及用於其的高爐設備。
[0015] 用於解決課題的手段
[0016] 用於解決上述的課題的、第一發明的生鐵製造方法的特徵在於，其是通過由高爐 本體的頂部向內部裝入包含鐵礦石及焦炭的原料，並且由該高爐本體的風口向內部噴吹熱 風及高爐噴吹煤，從而由原料的鐵礦石製造生鐵的生鐵製造方法，其中，所述高爐噴吹煤是 氧原子含有比例（乾燥基準）為10?20重量％、平均細孔徑為10?50nm的高爐噴吹煤。
[0017] 第二發明的生鐵製造方法的特徵在於，在第一發明中，所述高爐噴吹煤是細孔容 積為〇. 05?0. 5cm3/g的高爐噴吹煤。
[0018] 第三發明的生鐵製造方法的特徵在於，在第一或第二發明中，所述高爐噴吹煤是 比表面積為1?IOOmVg的高爐噴吹煤。
[0019] 另外，用於解決上述的課題的、第四發明的高爐設備的特徵在於，具備：高爐本體、 由所述高爐本體的頂部向內部裝入包含鐵礦石及焦炭的原料的原料裝入機構、由所述高爐 本體的風口向內部噴吹熱風的熱風噴吹機構、和由所述高爐本體的所述風口向內部噴吹高 爐噴吹煤的高爐噴吹煤供給機構，其中，所述高爐噴吹煤供給機構是噴吹氧原子含有比例 (乾燥基準）為10?20重量％、平均細孔徑為10?50nm的高爐噴吹煤的機構。
[0020] 第五發明的高爐設備的其特徵在於，在第四發明中，所述高爐噴吹煤供給機構是 噴吹細孔容積為0. 05?0. 5cm3/g的高爐噴吹煤的機構。
[0021] 第六發明的高爐設備的特徵在於，在第四或第五發明中，所述高爐噴吹煤供給機 構是噴吹比表面積為1?IOOmVg的高爐噴吹煤的機構。
[0022] 發明效果
[0023] 根據本發明的生鐵製造方法及用於其的高爐設備，向高爐本體噴吹氧原子含有比 例（乾燥基準）為10?20重量％、平均細孔徑為10?50nm的高爐噴吹煤，S卩，向高爐本體 噴吹含氧官能團（羧基、醛基、酯基、羥基等）等焦油生成基脫離而大幅減少、而主骨架（以 C、H、0為中心的燃燒成分）的分解（減少）被大幅抑制的高爐噴吹煤，因此，若與熱風同時 向高爐本體的內部吹入高爐噴吹煤，則主骨架中含有大量氧原子，並且由於直徑大的細孔， 熱風的氧容易擴散至內部，不僅如此，焦油成分變得非常難以產生，因而能夠基本不產生未 燃碳（煤）地完全燃燒，因此可以將廉價的次煙煤、褐煤等低品位煤作為高爐噴吹煤使用， 能夠降低生鐵的製造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是本發明的高爐設備的主要實施方式的主要部分的示意結構圖。
[0025] 圖2是表示邊在氮氣氛下使次煙煤升溫邊測量紅外吸收光譜時的、溫度與含氧官 能團的含量比例的關係的圖表。
[0026] 圖3是表示使本發明煤及乾燥煤以及現有煤燃燒後回收的未燃碳的比例與燃燒 後的燃燒廢氣中的殘存氧濃度（過剩氧濃度）的關係的圖表。
[0027] 圖4是表示使本發明煤及現有煤完全燃燒時的過剩氧率與燃燒溫度的關係的圖 表。

【具體實施方式】
[0028] 基於附圖對本發明的生鐵製造方法及用於其的高爐設備的實施方式進行說明，但 本發明並不僅限於基於附圖所說明的以下實施方式。
[0029] 〈主要實施方式〉
[0030] 基於圖1說明本發明的生鐵製造方法及用於其的高爐設備的主要實施方式。
[0031] 如圖1所示，定量供給包含鐵礦石及焦炭的原料1的原料定量供給裝置111連接 於搬送該原料1的裝入輸送機112的搬送方向上遊側。該裝入輸送機112的搬送方向下遊 側連接於高爐本體110的頂部的爐頂料鬥113的上方。輸送熱風101(1000?1300°C )的 熱風輸送裝置114連接於設置於所述高爐本體110的風口的噴管115。
[0032] 另外，所述高爐本體110的附近配設有供給高爐噴吹煤11的供給料鬥120。所述 供給料鬥120的下部連接於搬送來自該供給料鬥120內的所述高爐噴吹煤11的傳送帶121 的基端側。所述傳送帶121的前端側連接於接納所述高爐噴吹煤11的接納料鬥122的上 部。
[0033] 所述接納料鬥122的下部連接於煤磨粉機123的上部的接納口，該煤磨粉機123 將來自該接納料鬥122的所述高爐噴吹煤11粉碎成指定的直徑尺寸（例如80 μ m以下）。 所述煤磨粉機123的側部的靠下方連接有供給作為不活潑氣體的氮氣體102的氮氣體供給 源124。所述煤磨粉機123的上方連接有利用所述氮氣體102將粉碎後的所述高爐噴吹煤 11進行氣流搬送的搬送線125的基端側。
[0034] 所述搬送線125的前端側連接於將所述高爐噴吹煤11與所述氮氣體102分離的 旋流分離器126。所述旋流分離器126的下方連接於儲存所述高爐噴吹煤11的儲存料鬥 127的上方。所述儲存料鬥127的下部連接於噴射罐128的上方。
[0035] 所述噴射罐128的側部的靠下方連接有所述氮氣體供給源124。所述噴射罐128 的上方與連接於所述噴管115的噴射槍129連接，由所述氮氣體供給源124向該噴射罐128 內供給所述氮氣體102,由此能夠將供給至該噴射罐128的內部的所述高爐噴吹煤11進行 氣流搬送而由上述噴射槍129供給至上述噴管115內。
[0036] 需要說明的是，圖1中，IlOa是取出熔融的生鐵（熔化生鐵）2的出生鐵口。
[0037] 在這樣的本實施方式中，由所述原料定量供給裝置111、所述裝入輸送機112、爐 頂料鬥113等構成原料裝入機構，由所述熱風輸送裝置114、所述噴管115等構成熱風噴吹 機構，由所述供給料鬥120、所述傳送帶121、所述接納料鬥122、所述煤磨粉機123、所述氮 氣體供給源124、所述搬送線125、所述旋流分離器126、所述儲存料鬥127、所述噴射罐128、 所述噴射槍129、所述噴管115等構成高爐噴吹煤供給機構。
[0038] 另外，所述高爐噴吹煤11的氧原子含有比例（乾燥基準）為10?18重量％、平 均細孔徑為10?50nm (優選20?50nm)。
[0039] 上述高爐噴吹煤11能夠如下容易地進行製造：將次煙煤、褐煤等低品位煤（氧原 子含有比例（乾燥基準）：大於18重量％、平均細孔徑：3?4nm)在低氧氣氛中（氧濃度： 5體積％以下）進行加熱（110?200°C X0.5?1小時）並乾燥，從而除去水分後，在低氧 氣氛中（氧濃度：2體積％以下）進行加熱（460?590°C (優選500?550°C ) X0. 5?1 小時）並乾餾，由此將水、二氧化碳、焦油成分等作為乾餾氣體、乾餾油除去後，在低氧氣氛 中（氧濃度：2體積％以下）進行冷卻（50°C以下）。
[0040] 接著，對使用上述的高爐設備100的生鐵製造方法進行說明。
[0041] 若由所述原料定量供給裝置111定量供給所述原料1，則該原料1利用所述裝入輸 送機112供給至所述爐頂料鬥113內而裝入所述高爐本體110內。
[0042] 並且，若向所述供給料鬥120的內部投入所述高爐噴吹煤11，則該高爐噴吹煤11 經由所述傳送帶121供給至所述接納料鬥122,用所述煤磨粉機123粉碎成指定的直徑尺寸 (例如80 μ m以下）。
[0043] 然後，若由所述氮氣體供給源124輸送所述氮氣體102,則該氮氣體102將粉碎後 的所述高爐噴吹煤11進行氣流搬送並經由所述搬送線125搬送至所述旋流分離器126內， 將所述高爐噴吹煤11分離後，排出到系統之外。
[0044] 用所述旋流分離器126分離的所述高爐噴吹煤11儲存到所述儲存料鬥127內後， 供給至所述噴射罐128內，利用來自所述氮氣體供給源124的所述氮氣體102氣流搬送至 所述噴射槍129,供給到所述噴管115的內部。
[0045] 然後，由所述熱風輸送裝置114向所述噴管115供給熱風101，從而所述高爐噴吹 煤11被預熱並著火，在該噴管115的前端附近形成火焰並在管道內燃燒，與所述高爐本體 110內的所述原料1中的焦炭等發生反應而生成還原氣體。由此，所述原料1中的鐵礦石被 還原而成為生鐵（熔化生鐵）2,並由所述出生鐵口 IlOa取出。
[0046] 在此，上述高爐噴吹煤11的平均細孔徑為10?50nm、即含氧官能團（羧基、醛基、 酯基、羥基等）等焦油生成基脫離而大幅減少，而氧原子含有比例（乾燥基準）為10?18 重量％、即主骨架（以C、H、0為中心的燃燒成分）的分解（減少）被大幅抑制。
[0047] 由此，若將上述高爐噴吹煤11與所述熱風101同時吹入到所述高爐本體110的內 部，則主骨架中含有大量的氧原子，並且由於直徑大的細孔，所述熱風101的氧容易擴散至 內部，不僅如此，焦油成分變得非常難以產生，因此能夠基本不產生未燃碳（煤）地完全燃 燒。
[0048] 因此，即使既不使高爐噴吹煤含有KMn04、H20 2、KC103、K2Cr2O4等氧化劑、也不在熱 風中使氧富集化，也能夠提高燃燒效率而抑制未燃碳（煤）的產生。
[0049] 因此，根據本實施方式，可以將廉價的次煙煤、褐煤等低品位煤用作高爐噴吹煤 11，因此可以不使用高價的煙煤等作為高爐噴吹煤而完成，能夠降低生鐵2的製造成本。
[0050] 另外，所述高爐噴吹煤11的氧原子含有比例（以乾燥基準計為10?18重量％ ) 與以往的高價的煙煤等的氧原子含有比例（以乾燥基準計為數重量％)相比非常高，因此 能夠比以往更加削減所述熱風101的供給量（約20% )，因此與以往的高價的煙煤等相比， 即使發熱量小也能提高燃燒溫度（參照後述的[實施例]的〈No. 5〉）。
[0051] 因此，能夠比以往降低所述熱風輸送裝置114的熱風輸送壓力（噴吹壓），因而能 夠比以往削減該熱風輸送裝置114的消耗電量。
[0052] 相反，以與以往相同的量供給所述熱風101的情況下，能夠比以往增多所述高爐 噴吹煤11的供給量（約20% )，因此能夠在所述高爐本體110內削減作為所述原料1裝入 的高價的焦炭的量，因而能夠進一步降低生鐵2的製造成本。
[0053] 需要說明的是，在所述高爐噴吹煤11中，平均細孔徑必須為10?50nm (優選20? 50nm)。這是由於，若平均細孔徑低於10nm，則熱風101中的氧向內部擴散的容易程度降低， 引起燃燒性的降低；另一方面，若平均細孔徑超過50nm，則因熱衝擊等容易破碎而變得微 細，向高爐本體110的內部吹入時，若發生破碎而變得微細，則在隨著氣流的狀態下通過高 爐本體110的內部而未燃燒地排出。
[0054] 另外，對於所述高爐噴吹煤11而言，氧原子含有比例（乾燥基準）也必須為10重 量％以上。這是由於，若氧原子含有比例低於10重量％，則在不含有氧化劑、不進行熱風的 氧富集化的情況下，變得難以完全燃燒。
[0055] 另外，對於所述高爐噴吹煤11而言，優選細孔容積為0. 05?0. 5cm3/g，特別是非 常優選為〇. 1?〇. 2cm3/g。這是由於，若細孔容積低於0. 05cm3/g，則與熱風101中的氧的 接觸面積（反應面積）小，可能引起燃燒性的降低；另一方面，若細孔容積超過0. 5cm3/g，則 由於大量成分的揮發導致過度多孔而燃燒成分變得過少。
[0056] 另外，對於所述高爐噴吹煤11而言，優選比表面積為1?100m2/g，特別是非常優 選為5?20m2/g。這是由於，若比表面積低於lm2/g，則與熱風101中的氧的接觸面積（反 應面積）小，可能引起燃燒性的降低；另一方面，若比表面積超過l〇〇m2/g，則由於大量成分 的揮發導致過度多孔而燃燒成分變得過少。
[0057] 還有，在製造所述高爐噴吹煤11時，乾餾溫度必須為460?590°C (優選500? 550°C )。這是由於，若干餾溫度低於460°C，則不能使含氧官能團等焦油生成基從所述低品 位煤中充分脫離，並且使平均細孔徑為10?50nm變得非常困難；另一方面，若干餾溫度超 過590°C，則所述低品位煤的主骨架（以C、H、0為中心的燃燒成分）的分解開始變得顯著， 由於大量成分的揮發導致燃燒成分過度減少。
[0058] 〈其它實施方式〉
[0059] 需要說明的是，在上述的實施方式中，對利用高爐噴吹煤11的情況進行了說明， 該高爐噴吹煤11通過將次煙煤、褐煤等低品位煤（氧原子含有比例（乾燥基準）：大於18 重量％、平均細孔徑：3?4nm)在低氧氣氛中進行加熱後，在低氧氣氛中進行加熱並乾餾， 然後在低氧氣氛中進行冷卻，從而使氧原子含有比例（乾燥基準）為10?18重量％、平均 細孔徑為10?50nm(優選20?50nm)，作為其它實施方式，還可以利用例如：將所述低品 位煤（氧原子含有比例（乾燥基準）：大於18重量％ ) 11與上述的實施方式同樣地進行幹 燥，與上述的實施方式同樣地進行乾餾，在低氧氣氛中（氧濃度：5體積％以下）進行冷卻 (50?150°C )後，曝露（50?150°C X0. 5?10小時）於含氧氣氛中（氧濃度：5?21體 積％ )，化學吸附氧而使其部分氧化，從而成為氧原子含有比例（乾燥基準）為12?20重 量％、平均細孔徑為10?50nm(優選20?50nm)的高爐噴吹煤21。
[0060] 在這樣的高爐噴吹煤21中，與上述的實施方式的情況同樣地，平均細孔徑為10? 50nm、即含氧官能團（羧基、醛基、酯基、羥基等）等焦油生成基脫離而大幅減少，而氧原子 含有比例（乾燥基準）為12?20重量％、即主骨架（以C、H、O為中心的燃燒成分）的分 解（減少）被大幅抑制，並且進一步化學吸附有氧原子，因而若與熱風101同時向高爐本體 110的內部噴吹，則與上述的實施方式的情況相比主骨架含有進一步多的氧原子，並且與上 述的實施方式的情況同樣地，由於直徑大的細孔而熱風101的氧容易擴散至內部，不僅如 此，焦油成分變得非常難以產生，因此與上述的實施方式的情況相比，能夠進一步不產生未 燃碳（煤）地完全燃燒。
[0061] 因此，即使既不使高爐噴吹煤中含有KMn04、H20 2、KC103、K2Cr2O4等氧化劑、也不在 熱風中使氧富集化，與上述的實施方式的情況相比，也能夠進一步提高燃燒效率而更切實 地抑制未燃碳（煤）的產生。
[0062] 因此，根據上述高爐噴吹煤21，與上述的實施方式的高爐噴吹煤11的情況相比， 能夠進一步降低生鐵2的製造成本。
[0063] 此時，在上述高爐噴吹煤21中，氧原子含有比例（乾燥基準）必須為20重量％以 下。這是由於，若氧原子含有比例超過20重量％，則氧的含量過多，而發熱量變得過低。
[0064] 另外，在製造所述高爐噴吹煤21時，優選所述部分氧化處理的溫度為50?150°C。 這是由於，若部分氧化處理的溫度低於50°C，則即使是空氣（氧濃度：21體積％ )氣氛，也 變得難以進行部分氧化處理，若超過150°C，則即使是氧濃度為5體積％程度的氣氛，也可 能由於燃燒反應而大量產生一氧化碳、二氧化碳。
[0065] 實施例
[0066] 以下說明為了確認本發明的生鐵製造方法及用於其的高爐設備的作用效果而進 行的實施例，但本發明並不僅限於基於各種數據說明的以下的實施例。
[0067] 〈No. 1 :高爐噴吹煤的組成分析〉
[0068] 進行了在上述的主要實施方式中使用的高爐噴吹煤12(本發明煤）的組成分析 (元素分析）。另外，為了進行比較，還同時進行了以往的高爐噴吹煤（PCI煤：現有煤）與 在上述的主要實施方式中省略乾餾工序而得到的煤（乾燥煤）的組成分析。其結果示於下 述的表1中。需要說明的是，數值均為乾燥基準計。
[0069] [表 1]
[0070]

【權利要求】
1. 一種生鐵製造方法，其特徵在於，是通過由高爐本體的頂部向內部裝入包含鐵礦石 及焦炭的原料，並且由該高爐本體的風口向內部噴吹熱風及高爐噴吹煤，從而由原料的鐵 礦石製造生鐵的生鐵製造方法，其中， 所述高爐噴吹煤是氧原子含有比例以乾燥基準計為10?20重量％、平均細孔徑為 10?50nm的高爐噴吹煤。
2. 權利要求1所述的生鐵製造方法，其特徵在於， 所述高爐噴吹煤是細孔容積為〇. 05?0. 5cm3/g的高爐噴吹煤。
3. 如權利要求1或權利要求2所述的生鐵製造方法，其特徵在於， 所述高爐噴吹煤是比表面積為1?l〇〇m2/g的高爐噴吹煤。
4. 一種高爐設備，其特徵在於，其具備： 高爐本體； 原料裝入機構，由所述高爐本體的頂部向內部裝入包含鐵礦石及焦炭的原料； 熱風噴吹機構，由所述高爐本體的風口向內部噴吹熱風；和 高爐噴吹煤供給機構，由所述高爐本體的所述風口向內部噴吹高爐噴吹煤， 其中，所述高爐噴吹煤供給機構是噴吹氧原子含有比例以乾燥基準計為10?20重 量％、平均細孔徑為10?50nm的高爐噴吹煤的機構。
5. 如權利要求4所述的高爐設備，其特徵在於， 所述高爐噴吹煤供給機構是噴吹細孔容積為〇. 05?0. 5cm3/g的高爐噴吹煤的機構。
6. 如權利要求4或權利要求5所述的高爐設備，其特徵在於， 所述高爐噴吹煤供給機構是噴吹比表面積為1?l〇〇m2/g的高爐噴吹煤的機構。
【文檔編號】C21B5/00GK104487597SQ201380035031
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年5月15日 優先權日:2012年8月3日
【發明者】大本節男, 中川慶一, 濱田務, 坂口雅一 申請人:三菱重工業株式會社