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TW202534168A - 對高爐吹入還原氣體的方法及高爐 - Google Patents

對高爐吹入還原氣體的方法及高爐

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Publication number
TW202534168A
TW202534168A TW114103313A TW114103313A TW202534168A TW 202534168 A TW202534168 A TW 202534168A TW 114103313 A TW114103313 A TW 114103313A TW 114103313 A TW114103313 A TW 114103313A TW 202534168 A TW202534168 A TW 202534168A
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TW
Taiwan
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reducing gas
blast furnace
tuyere
hot air
furnace
Prior art date
Application number
TW114103313A
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English (en)
Inventor
砂原公平
熊岡尚
上城親司
松倉良德
橫山浩一
Original Assignee
日商日本製鐵股份有限公司
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Publication date
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

本案揭示一種方法，其係即便在呈高爐之爐況不穩定且熔融爐渣等逆流至熱風風口內之事態時，能透過還原氣體吹入噴槍將還原氣體穩定吹入高爐內之可能性仍會提高的方法。本揭示之方法係對高爐吹入還原氣體的方法，其包含：從設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方之熱風風口，將熱風吹入前述高爐內部；並且，透過還原氣體吹入噴槍將還原氣體吹入前述高爐內部，該還原氣體吹入噴槍設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口。前述還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體。前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。

Description

對高爐吹入還原氣體的方法及高爐
本案揭示對高爐吹入還原氣體的方法及高爐。
已研討了在製鐵過程中削減CO2排放量。例如，在用高爐製造生鐵時，可利用氫氣等還原氣體來取代一部分作為還原材之焦碳等。作為對高爐吹入還原氣體的方法，專利文獻1揭示了一種方法，係於熱風風口之熱風流徑內或壁面內配置用以吹入還原氣體之噴槍，並透過該噴槍吹入還原氣體。另外，雖非假設吹入還原氣體，但專利文獻2揭示了一種方法，係將燃料噴射噴槍插入熱風風口之壁面內，並透過該燃料噴射噴槍將作為燃料之粉煤吹入高爐內。
先前技術文獻專利文獻專利文獻1：日本專利第4997734號公報專利文獻2：日本專利第5840202號公報
發明欲解決之課題以習知技術來說，若呈高爐之爐況不穩定且熔融爐渣等逆流至熱風風口內之事態，恐難以將還原氣體穩定吹入高爐內。本案揭示一種技術，其即便呈爐渣等逆流至熱風風口內之事態，能將還原氣體穩定吹入高爐內之可能性仍會提高。
用以解決課題之手段本案揭示以下複數個態樣作為用以解決上述課題之手段。＜態樣1＞一種對高爐吹入還原氣體的方法，其包含：從設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方之熱風風口，將熱風吹入前述高爐內部；並且，透過還原氣體吹入噴槍將還原氣體吹入前述高爐內部，該還原氣體吹入噴槍設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口；前述還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體；且前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。＜態樣2＞一種高爐，具有：熱風風口，其設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方；及還原氣體吹入噴槍，其設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口；從前述還原氣體吹入噴槍被吹入前述高爐內部之還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體；且前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。
發明效果根據本揭示之技術，即便在呈高爐之爐況不穩定且熔融爐渣等逆流至熱風風口內之事態時，能透過還原氣體吹入噴槍將還原氣體穩定吹入高爐內之可能性仍會提高。
用以實施發明之形態以下，說明本揭示之對高爐吹入還原氣體的方法及高爐之一實施形態。惟，本揭示之對高爐吹入還原氣體的方法及高爐不限於以下實施形態。
1.對高爐吹入還原氣體的方法如圖1所示，一實施形態之對高爐10吹入還原氣體的方法包含：從設於比前述高爐10之爐身下端11ax更下方且比出銑口12更上方之熱風風口13，將熱風吹入前述高爐10之內部；並且，從還原氣體吹入噴槍14將還原氣體吹入前述高爐10之內部，該還原氣體吹入噴槍14設於前述熱風風口13之壁面內，且於前述熱風風口13之前端部13a具有開口14a。前述還原氣體係在前述高爐10之內部作為還原材發揮功能之氣體。前述還原氣體吹入噴槍14之前述開口14a其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口13之中心的高度位置P2更上方。
1.1熱風風口高爐10於比爐身下端11ax更下方且比出銑口12更上方具有熱風風口13。所謂的「爐身下端」係指爐身11a與爐腰(belly)11b之分界部分。所謂的「爐身」係比爐腰11b更上方之部分，通常係指隨著由上方朝向下方爐徑長逐漸增大之部分。所謂的「爐腰」係指比爐身更下方且比爐腹(bosh)11c更上方之部分，通常係指爐徑長最大之部分。爐腰11之爐徑長(直徑)可為例如5m以上且20m以下或10m以上且18m以下。所謂的「出銑口」係指設於高爐10之下部的熔銑出液口。所謂的「熱風風口」係指用以將熱風吹入高爐中之噴嘴。高爐10亦可於比爐腰下端11bx更下方且比出銑口12更上方具有熱風風口13，亦可於比爐腹下端11cx更下方且比出銑口12更上方具有熱風風口13。
熱風風口13之構成是公知。例如，熱風風口13亦可具有水冷結構。熱風風口13可透過熱風管等對高爐10之外部的熱風爐作連接。換言之，高爐10可構成為熱風可從熱風爐透過熱風管及熱風風口13被吹入高爐10之內部。熱風風口13之直徑(面向高爐10之內部之開口的圓等效直徑、噴嘴徑長)亦可為例如20mm以上且400mm以下或40mm以上且300mm以下。
設於高爐10之熱風風口13的數量無特別限定，可因應高爐之內容積來決定。於高爐10中，複數個熱風風口13可在高爐10之周方向上配置。換言之，在俯視下，於高爐10中複數個熱風風口13可配置在圓周方向上。通常，複數個熱風風口13各自之中心的高度位置P2相同。
1.2還原氣體吹入噴槍高爐10具有還原氣體吹入噴槍14。還原氣體吹入噴槍14可透過還原氣體供給流徑等，對高爐10之外部的還原氣體供給源作連接。換言之，高爐10可構成為還原氣體可從還原氣體供給源透過還原氣體供給流徑及還原氣體吹入噴槍14被吹入高爐10之內部。還原氣體供給源或還原氣體供給流徑之形態無特別限制。
於本實施形態中，重要的係還原氣體吹入噴槍14設於熱風風口13之壁面內。所謂的「還原氣體吹入噴槍設於熱風風口之壁面內」不一定要如圖1所示這般連噴槍前端都埋設在熱風風口之壁面內，舉例來說，亦包含如圖2所示這般噴槍之至少一部分相接於比熱風風口之壁面更內側並且於熱風風口之流徑內露出的形態。亦即，還原氣體吹入噴槍亦可為噴槍之整個周長中之至少一部分存在於比熱風風口之壁面更內側等，且只要能透過熱風風口內之水冷結構來冷卻還原氣體吹入噴槍(只要可抑制噴槍之熱損傷)，則該噴槍之整個周長中之一部分亦可於熱風風口之流徑內露出。由進一步抑制還原氣體吹入噴槍之熱損傷的觀點，於熱風風口中宜為還原氣體吹入噴槍之整個周長設置於該熱風風口之壁面內。又，於本實施形態中，還原氣體吹入噴槍14於熱風風口13之前端部13a具有開口14a，且構成為還原氣體可從該開口14a被吹入高爐10之內部。所謂的「還原氣體吹入噴槍於熱風風口之前端部具有開口」意指還原氣體吹入噴槍在熱風風口之前端或其附近開口。於本實施形態中，熱風風口之前端面與噴槍開口不一定要面齊平(噴槍之前端達至熱風風口之前端)。亦即，所謂的「於熱風風口之前端部具有開口」除了包含熱風風口之前端面與噴槍開口面齊平(噴槍之前端達至熱風風口之前端)的形態以外，還包含噴槍前端達至熱風風口之前端附近的形態。具體而言，當噴槍前端至熱風風口之前端的距離為0mm以上且50mm以下時，視為噴槍「於熱風風口之前端部具有開口」。如此一來，於本實施形態中，透過還原氣體吹入噴槍14設於熱風風口13之壁面內，還原氣體吹入噴槍14會變得不易暴露於熱風下，而且即便暴露在熱風下，也能利用熱風風口13之壁面內的水冷結構來冷卻還原氣體吹入噴槍14，而可抑制還原氣體吹入噴槍14之熱損傷等。
還原氣體吹入噴槍14之開口14a的直徑(面向高爐10之內部之開口的圓等效直徑)例如可為10mm以上且50mm以下，亦可為20mm以上且30mm以下。或者，還原氣體吹入噴槍14之開口14a的直徑亦可為熱風風口13之直徑的0.05%以上且0.8%以下、或0.1%以上且0.5%以下。
設於高爐10之還原氣體吹入噴槍14的數量無特別限定。譬如，亦可於設於高爐10之至少1個熱風風口13中設有至少1個還原氣體吹入噴槍14。換言之，當高爐10具有複數個熱風風口13時，可該複數個熱風風口13之僅一部分具有還原氣體吹入噴槍14，亦可該複數個熱風風口13全部具有還原氣體吹入噴槍14。又，對於1個熱風風口13可設有1個還原氣體吹入噴槍14，亦可設有複數個還原氣體吹入噴槍14。複數個還原氣體吹入噴槍14各自之開口14a之中心的高度位置P1可彼此相同亦可互異。
1.3熱風風口與還原氣體吹入噴槍之開口的位置關係於本實施形態中，重要的係還原氣體吹入噴槍14之開口14a其中心的高度位置P1存在於比熱風風口13之中心的高度位置P2更上方。當還原氣體吹入噴槍14之開口14a其中心的高度位置P1存在於比熱風風口13之中心的高度位置P2更上方時，即便產生了爐渣等往熱風風口13之逆流，仍不易產生爐渣等往還原氣體吹入噴槍14之逆流，而能維持還原氣體吹入噴槍14之開口。由此，於本實施形態中，即便在呈高爐10之爐況不穩定且熔融爐渣等逆流至熱風風口13內之事態時，能透過還原氣體吹入噴槍14將還原氣體穩定吹入高爐10內之可實現性仍會提高。又，利用實施例來具體說明當發生了爐渣逆流至熱風風口時之爐渣到達位置(到達高度)。
於圖3A及B中展示當還原氣體吹入噴槍14之開口14a其中心的高度位置P1存在於比熱風風口13之中心的高度位置P2更上方時之一例。如圖3A所示，還原氣體吹入噴槍14之開口14a的中心亦可設於熱風風口13之中心的正上方。亦即，在高爐10之周方向上的還原氣體吹入噴槍14之開口14a其中心位置可與熱風風口13之中心位置相同。又，如圖3B所示，還原氣體吹入噴槍14之開口14a的中心亦可設於熱風風口13之中心的斜上方。亦即，在高爐10之周方向上，還原氣體吹入噴槍14之開口14a的中心亦可存在於與熱風風口13之中心不同的位置。再者，相較於還原氣體吹入噴槍14之開口14a的中心位置位於相對於熱風風口13之中心的正上方之情況(亦即，從熱風風口13之前端側觀看，連結熱風風口13之熱風流徑的中心位置至還原氣體吹入噴槍的中心位置之線段與水平線所形成之角度為90°之情況)，當還原氣體吹入噴槍14之開口14a的中心位置位於相對於熱風風口13之中心的斜上方時(當所述角度大於0°且小於90°時)，熱風與還原氣體之混合相對較會進行，結果有時會變得有利於提升爐內還原效率。
1.4熱風從熱風風口13吹入之熱風譬如可為由空氣所構成者，亦可為已將空氣富氧化者。熱風溫度例如為1000℃以上。熱風溫度亦可為1000℃以上且2000℃以下、1000℃以上且1700℃以下、1000℃以上且1500℃以下、或1000℃以上且1300℃以下。在熱風風口13中之熱風流速(熱風流量(m3/秒)/熱風風口13之吹出口的開口面積(m2))可因應高爐10的作業狀況來調整。於一實施形態中，熱風流速亦可為後述之流速V1。
1.5還原氣體從還原氣體吹入噴槍14吹入之還原氣體係在高爐10之內部作為還原材發揮功能之氣體。亦即，即便係在被吹入高爐10前不作為還原材發揮功能的氣體，若為在高爐10之內部會進行熱分解等並可生成還原材(還原成分)之氣體，則包含在本案所謂的「還原氣體」中。這樣的還原氣體可舉例如選自氫氣、烴氣(例如甲烷氣體)、一氧化碳氣體、氨氣及醇類氣體(例如甲醇氣體或乙醇氣體)中之至少1種。又，於本揭示之技術中，亦可採用選自焦碳爐氣體(COG)、轉爐氣體(LDG)、高爐氣體(BFG)、天然氣(NG)及合成氣體(Syngas)等中之至少1種作為還原氣體。該等還原氣體可單獨使用1種，亦可組合2種以上的複數種氣體來使用。尤其，當還原氣體包含氫氣時，可期待藉由本揭示之技術所帶來的更高之效果。從還原氣體吹入噴槍14吹入之還原氣體其溫度亦可為例如0℃以上且2000℃以下、或25℃以上且1500℃以下。於本實施形態中，在還原氣體吹入噴槍14之開口14a中之還原氣體流速(還原氣體流量(m3/秒)/還原氣體吹入口14之吹出口的開口面積(m2))例如亦可為在各還原氣體之使用溫度下的音速以下。於一實施形態中，從還原氣體吹入噴槍14吹入之還原氣體流速亦可為後述之流速V2。
1.6熱風流速及還原氣體流速從熱風風口13吹入之熱風流速V1無特別限定，例如，該流速V1若為100m/秒以上且1000m/秒以下，其中又若為200m/秒以上且400m/秒以下，高爐10之操作便容易穩定化。又，從還原氣體吹入噴槍14吹入之還原氣體流速V2無特別限定，例如該流速V2若為100m/秒以上且1000m/秒以下、其中又若為200m/秒以上且800m/秒以下，則在高爐10之內部的通氣穩定，且呈爐內還原反應穩定進行的作業。
1.7其他氣體其他氣體亦可連同還原氣體一起從還原氣體吹入噴槍14被吹入。其他氣體可舉例如氮氣等非活性氣體。
2.高爐本揭示之技術除了作為對高爐吹入還原氣體的方法的面向以外，亦具有作為高爐本身的面向。亦即，如圖1所示，一實施形態之高爐10具有：熱風風口13，其設於比前述高爐10之爐身下端11ax更下方且比出銑口12更上方；及還原氣體吹入噴槍14，其設於前述熱風風口13之壁面內，且於前述熱風風口13之前端部13a具有開口14a。從前述還原氣體吹入噴槍14被吹入前述高爐10之內部之還原氣體係在前述高爐10之內部作為還原材發揮功能之氣體。前述還原氣體吹入噴槍14之前述開口14a其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口13之中心的高度位置P2更上方。
如先前所述，於高爐10中，還原氣體吹入噴槍14設於熱風風口13之壁面內，藉此便可抑制該噴槍之熱損傷等。又，於高爐10中，還原氣體吹入噴槍14之開口14a其中心的高度位置P1存在於比熱風風口13之中心的高度位置P2更上方，藉此，即便在爐渣等逆流至熱風風口13內這樣的狀況下，能從還原氣體吹入噴槍14穩定地將還原氣體吹入高爐10內的可能性仍會提高。
3.補充舉例來說，在高爐10之作業中，鐵礦石(氧化鐵)或焦碳等係從高爐10之上部被裝入高爐10之內部，另一方面，熱風係從高爐10之外部的熱風爐透過熱風管及熱風風口13被吹入高爐10之內部，並且，還原氣體係從高爐10之外部的還原氣體供給源透過還原氣體流徑及還原氣體吹入噴槍14被吹入高爐10之內部。供給至高爐10之內部的焦碳等會燃燒產生還原氣體。藉由透過該焦碳等之燃燒所產生之還原氣體或從還原氣體吹入噴槍14吹入之還原氣體，氧化鐵會被還原及熔解而可獲得熔銑。該熔銑係從設於高爐10之下部的出銑口12流出。於本實施形態中，還原氣體係透過還原氣體吹入噴槍14被吹入高爐10之內部，藉此可削減對應份量之焦碳等含碳之還原材的使用量。結果，可削減CO2產生量。高爐10只要能按先前所述之方式製造生鐵，則可採用各種構成。譬如，高爐10除了具有上述熱風風口13及還原氣體吹入噴槍14之外，亦可具有其他風口或噴槍。又，於高爐10中，在與熱風風口13之中心相同高度的位置或在比熱風風口13之中心更下方亦可存在其他的還原氣體吹入口。關於熱風風口13及還原氣體吹入噴槍14以外之高爐10的構成，由於在本技術領域中為公知，所以在此省略詳細說明。
4.效果如以上所述，根據本實施形態，還原氣體吹入噴槍14之開口14a其中心的高度位置P1存在於比熱風風口13之中心的高度位置P2更上方，藉此，即便在呈高爐10之爐況不穩定且熔融爐渣等逆流至熱風風口13內之事態時，能透過還原氣體吹入噴槍14將還原氣體穩定吹入高爐10內之可能性仍會提高。
實施例以下，展示實施例並且進一步說明本發明，惟本發明不限於以下實施例。本發明只要不脫離其要旨且能達成其目的，便可採用各種條件。
1.爐渣倒流之實績調查在調查了對高爐之熱風風口產生爐渣倒流的實績後，確認到在以往的10年中有8次因為爐渣倒流造成熱風風口的阻塞。在此，更調查了爐渣倒流時之爐渣到達高度。具體上係如圖4所示這般將熱風風口之開口上端至下端沿高度方向分成4份，並調查了分別到達「最上部」、「中央上部」、「中央下部」及「最下部」之次數。將結果列示於下述表1。
[表1]
如表1所示，在以往的10年中，因為爐渣倒流造成爐渣到達熱風風口其開口之「最下部」的次數為5次，爐渣到達熱風風口其開口之「中央下部」的次數為2次，爐渣到達熱風風口其開口之「中央上部」的次數為1次，爐渣到達熱風風口其開口之「最上部」的次數為0次。
2.關於還原氣體吹入噴槍之開口位置的結論根據上述之以往的作業實績可說，在將噴槍配置於熱風風口壁面內且將噴槍開口設於熱風風口之前端部，從該噴槍開口將還原氣體吹入高爐內時，噴槍開口之中心的高度位置若比熱風風口之中心的高度位置更上方，則即便因為爐渣倒流造成爐渣逆流至熱風風口，爐渣仍不易到達噴槍開口而容易維持噴槍開口。亦即，根據以下方法(1)及高爐(2)，即便爐渣逆流至熱風風口，能透過還原氣體吹入噴槍穩定地將還原氣體吹入高爐內的可能性仍會提高。
(1)一種對高爐吹入還原氣體的方法，其包含：從設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方之熱風風口，將熱風吹入前述高爐內部；並且，透過還原氣體吹入噴槍將還原氣體吹入前述高爐內部，該還原氣體吹入噴槍設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口；前述還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體；且前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。
(2)一種高爐，具有：熱風風口，其設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方；及還原氣體吹入噴槍，其設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口；從前述還原氣體吹入噴槍被吹入前述高爐內部之還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體；且前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。
10:高爐11a:爐身11ax:爐身下端11b:爐腰11bx:爐腰下端11c:爐腹11cx:爐腹下端12:出銑口13:熱風風口13a:前端部14:還原氣體吹入噴槍(還原氣體吹入口)14a:開口P1:高度位置P2:高度位置
圖1概略展示高爐之構成的一例。關於高爐所具備之一部分構成係以簡略的形式展示。圖2概略展示在熱風風口之前端部中之噴槍前端部之構成的其他例。圖3A概略展示高爐中之熱風風口與還原氣體吹入噴槍之位置關係的一例。圖3B概略展示高爐中之熱風風口與還原氣體吹入噴槍之位置關係的一例。圖4係用以說明當爐渣逆流至熱風風口時之爐渣到達位置的概略圖。
10:高爐
11a:爐身
11ax:爐身下端
11b:爐腰
11bx:爐腰下端
11c:爐腹
11cx:爐腹下端
12:出銑口
13:熱風風口
13a:前端部
14:還原氣體吹入噴槍(還原氣體吹入口)
14a:開口
P1:高度位置
P2:高度位置

Claims (2)

  1. 一種對高爐吹入還原氣體的方法，其包含：從設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方之熱風風口，將熱風吹入前述高爐內部；並且，透過還原氣體吹入噴槍將還原氣體吹入前述高爐內部，該還原氣體吹入噴槍設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口；前述還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體；且前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。
  2. 一種高爐，具有：熱風風口，其設於比前述高爐之爐身下端更下方且比出銑口更上方；及還原氣體吹入噴槍，其設於前述熱風風口之壁面內，且於前述熱風風口之前端部具有開口；從前述還原氣體吹入噴槍被吹入前述高爐內部之還原氣體係在前述高爐內部作為還原材發揮功能之氣體；且前述還原氣體吹入噴槍之前述開口其中心的高度位置P1存在於比前述熱風風口之中心的高度位置P2更上方。
TW114103313A 2024-01-31 2025-01-24 對高爐吹入還原氣體的方法及高爐 TW202534168A (zh)

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