TWI889305B

TWI889305B - 高爐操作方法

Info

Publication number: TWI889305B
Application number: TW113115458A
Authority: TW
Inventors: 野元周一; 竹原健太; 宮本幸乃; 池田幸平; 山本哲也
Original assignee: 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2023-08-31
Filing date: 2024-04-25
Publication date: 2025-07-01
Also published as: TW202511499A; WO2025046982A1; JPWO2025046982A1

Abstract

本發明提案一種高爐操作方法，其藉由使用成分經調整之複數燒結礦，而抑制還原粉化性，即使於使用大量H ₂作為還原材之高爐中，亦可確保爐內通氣性。作為燒結礦，使用將包含還原粉化性高的燒結礦與相較於還原粉化性高的燒結礦而還原粉化性低的燒結礦之至少2種以上之燒結礦混合而成之燒結礦進行操作。作為較佳之實施形態，可適用於使用大量H ₂作為還原材之操作的高爐操作方法。

Description

高爐操作方法

本發明有關於較佳使用大量H₂作為還原材的高爐操作中，可提高燒結礦的耐還原粉化性、確保爐內通氣性的高爐操作方法。

鋼鐵業中被強烈要求減少CO₂排放量。其中煉鐵步驟佔CO₂排放量的約80%。因此，正進行檢討於高爐中利用H₂作為氧化鐵的還原材。若利用H₂作為氧化鐵的還原材，則副產物為H₂O，可減少該量的CO₂排放量。於還原材使用H₂時，由於利用H₂對氧化鐵的還原為吸熱反應，故預測會使爐內溫度降低。因此，會顯著引起燒結礦之還原粉化的400~550℃之低溫區域增大，而促進燒結礦的還原粉化，而有因高爐內之通氣性惡化使生產效率降低之顧慮(例如參見專利文獻1)。燒結礦的還原粉化原因係由於在低溫下將赤鐵礦還原為磁鐵礦時引起的體積膨脹，而於燒結礦內部產生龜裂，認為H₂還原係還原速度快速，因此還原粉化增大。

一般，作為抑制燒結礦的還原粉化性之技術，已知增加FeO或減低鹼度(CaO/SiO₂)是有效。前者情況下，有若FeO增加則被還原性顯著惡化之問題。後者情況下，減低鹼度係使CaO減低或亦可能增加SiO₂。然而，CaO減低會使燒結礦製造過程產生的熔液量減少，使燒結生產性惡化。且，SiO₂增加會導致高爐中的爐渣比增加。基於減低還原材比或削減爐渣處理費用之觀點，謀求儘可能減低燒結礦中的SiO₂。

在低SiO₂燒結礦中，作為兼具高被還原性及耐還原粉化性的技術，已知有專利文獻1中揭示的技術。專利文獻1中揭示之技術中，SiO₂降低至4.2~4.9質量%，FeO含有率提高至7.0~9.0質量%的範圍內。或者，為了將鹼度提高到1.8~2.2的範圍內，進而提高耐還原粉化性，而調配特定粒徑的白雲石作為MgO源，將MgO含有率提高至1.5~3.0質量%的範圍。此外，專利文獻2中，亦提案基於還原粉化性的優劣對燒結礦進行分群，並改變對高爐的裝料位置而使用的技術。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平11-131151號公報

專利文獻2：日本特開平1-188610號公報

另一方面，高爐係每1噸鐵水產生約300kg副產物的高爐爐渣，被利用於土木建材等。為了確保高爐爐渣的適當性狀，必須將爐渣鹼度管理在1.0~1.35之間。因此，由於若決定操作條件則對燒結礦所要求的成分幾乎已決定，因此專利文獻1中揭示之技術，調整範圍受到限制。且，在專利文獻2中揭示之技術中，並未提案藉由成分調整進行還原粉化性之優劣的方法。

本發明之目的係解決這種現有技術所面臨的課題，而提案藉由使用成分經調整之複數燒結礦而抑制還原粉化性，即使在使用大量H₂作為還原材的高爐中亦可確保爐內通氣性的高爐操作方法。

本發明之高爐操作方法，其特徵係，作為燒結礦，使用將包含還原粉化性高的燒結礦與相較於前述還原粉化性高的燒結礦而還原粉化性低的燒結礦之至少2種以上之燒結礦混合而成之燒結礦而進行操作。

又，本發明之高爐操作方法中，認為分別為如下之各較佳態樣：(1)使用大量H₂作為還原材進行操作，(2)前述還原粉化性低的燒結礦係調配為前述混合而成之燒結礦全體之25~75質量%，(3)前述還原粉化性係以將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H₂氣體濃度19vol%、N₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘後，以JIS M 8720規定之滾動裝置粉化，以2.8mm以下之粉率所表示之還原粉化指數進行評價，(4)前述還原粉化性高的燒結礦係以將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H₂氣體濃度19vol%、N₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘時之還原率為11%以上之燒結礦，前述還原粉化性低的燒結礦係在相同條件還原時之還原率未達11%之燒結礦，(5)前述還原粉化性高的燒結礦之還原率與前述還原粉化性低的燒結礦之還原率相隔6個百分點以上。

依據本發明之高爐操作方法，係使用將包含還原粉化性高的燒結礦與相較於還原粉化性高的燒結礦而還原粉化性低的燒結礦之至少2種以上之燒結礦混合而成之燒結礦進行高爐操作。藉此，可以與使用單一原料時相等的還原性(還原率)，減低還原粉化性。且，由於高爐有將爐渣鹼度保持在1.0~1.25的必要性，故在使用單一燒結礦之情況下存在成分限制。基於本發明進行使用異種燒結礦的操作，亦可能緩和各燒結礦成分的限制。

[圖1]係顯示作為本發明之先知見解所得之還原率與還原粉化指數之關係的圖表。

[圖2]係用以說明本發明概要之圖表。

[圖3]係顯示本發明實施例3之圖表。

以下，針對本發明之實施形態具體加以說明。又以下實施形態係例示將本發明之技術思想具體化的裝置或方法，並非將構成限定於下述者。亦即，本發明之技術思想可在申請專利範圍的技術範圍內加入各種變更。

<完成本發明之始末>

針對燒結礦之還原粉化機制藉以下方法進行檢討。首先，針對還原前的燒結礦、於30%CO-70%N₂之環境下還原的燒結礦、於19%CO-11%H₂-70%N₂之環境下還原之燒結礦，檢討還原化指數(%)與還原率(%)之關係。其結果示於圖1。由圖1之結果可看出，燒結礦於到還原率11%之前，還原粉化指數呈線性增加，在還原率11%以後，還原粉化指數的增加率停滯。若將還原率11%以後作為還原粉化停滯區域，則可知在含H₂之氣體環境下還原快速，容易到達還原粉化停滯區域。於該還原率11%以後，形成還原粉化停滯區域之傾向，在燒結礦於CO/N₂系氣體還原之情況，及在CO/H₂/N₂系氣體還原之情況均同樣，最終還原粉化量係由當時的還原率決定，此為新的見解。由於還原率0~11%的區域與將Fe₂O₃還原為Fe₃O₄的區域一致，故可知還原粉化的主要原因係自Fe₂O₃還原為Fe₃O₄。

此處，作為低溫還原粉化性之評價方法係使用還原粉化指數及還原率。還原粉化指數係如下求出。首先，將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H₂氣體濃度19vol%、N₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘。隨後，以JIS M 8720規定之滾動裝置粉化，將2.8mm以下之粉率作為還原粉化指數。又，此時之還原率係將還原試驗前後之重量變化量(g)除以假設燒結礦中所有鐵分均以Fe₂O₃存在時之被還原氧量(g)並乘以100分率所得之值。

圖2係基於以上見解而求出的用以說明本發明概念之圖表。如圖2所示，本發明中，藉由混合使用還原粉化性高的燒結礦(高粉化燒結礦)與還原粉化性低的燒結礦(低粉化燒結礦)，而可在還原率保持在某程度之狀態抑制燒結礦全體的還原粉化。又本發明中，燒結礦若包含至少1種具有還原粉化性高的燒結礦與1種還原粉化性低的燒結礦，則例如亦可混合2種還原粉化性高的燒結礦與1種還原粉化性低的燒結礦等之2種以上的燒結礦。

又，本發明之高爐操作方法，對於通常的高爐亦有效，但若適用於使用大量H₂作為還原材的高爐操作，則由於可使燒結礦的還原粉化性降低且可確保操作時之爐內通氣性故而為較佳態樣。又，本發明的高爐操作方法中，藉由使還原粉化性低的燒結礦調配為混合而成之燒結礦全體之25~75質量%，由於更可達成本發明之燒結礦的還原粉化性之減低目的，故而為較佳態樣。

又，本發明之較佳實施形態中，還原粉化性係以將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H₂氣體濃度19vol%、N₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘後，以JIS M 8720規定之滾動裝置粉化，以2.8mm以下之粉率所表示之還原粉化指數進行評價。

又，本發明之較佳實施形態中，還原粉化性高的燒結礦及還原粉化性低的燒結礦係如以下般規定。還原粉化性高的燒結礦係將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H₂氣體濃度19vol%、N₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘時之還原率為11%以上之燒結礦。且還原粉化性低的燒結礦係在相同條件還原時之還原率未達11%之燒結礦。進而還原粉化性高的燒結礦之還原率與還原粉化性低的燒結礦之還原率較佳相隔6個百分點以上。

[實施例]

與進行CO還原時相比，燒結礦經H2還原之情況的還原反應進行更快，即使在低溫下還原仍進行。因此，與以往的CO還原相比，即使在550℃，亦容易成為達到還原率11%之還原粉化停滯區域。因此，在含H₂的環境中，藉由混合和使用在550℃之還原率不同的燒結礦，在維持某程度還原率之狀態下使還原粉化性降低的效果顯著顯現。根據本發明，藉由將複數種在550℃下的還原率不同的燒結礦裝入高爐，在使用大量H₂作為還原材的高爐操作中，可提高燒結礦的耐還原粉化性，可確保爐內之通氣性。

基於上述見解，於以下實施例，準備高還原性燒結礦、低還原性燒結礦及將兩者混合而成的燒結礦，並評價還原粉化性。

作為在550℃下之還原率為15%以上的高還原性燒結礦，藉由降低凝結材的粉狀焦碳的調配率，提高燒成時之氧富含率，而製作FeO降低至9.0~1.0質量%的燒結礦(以下實施例1之燒結礦A~E)。且作為在550℃下的還原率為11%以下的低還原性燒結礦，作成凝結材的粉狀焦碳的調配率提高至6.5質量%的燒結礦(以下實施例1之燒結礦F)及鹼度提高至2.5以上的燒結礦(以下實施例2之燒結礦H~I)。進而，藉由將實際製作的燒結礦混合並評價低溫還原粉化性，確認還原粉化指數降低(以下之實施例3)。

<實施例1>

藉由調整凝結材的粉狀焦碳之調配率，且在燒成時進行氧富含化，製作在550℃下之還原率不同的燒結礦。以下表1顯示製作的燒結礦的低溫還原粉化試驗結果，進行氧富含化條件下，獲得粉狀焦碳的調配率5.5%以下且550℃下之還原率為15%以上的高還原性燒結礦。

<實施例2>

藉由將鹼度自2.0提高至2.8，製作在550℃下之還原率為11%以下的低還原性燒結礦。以下表2顯示製作的燒結礦的低溫還原粉化試驗結果，於鹼度2.5以上，550℃下之還原率成為11%以下，還原粉化指數亦為30%以下之低水平。

<實施例3>

實施例1、2中，將製作的燒結礦A(高還原性燒結礦)與燒結礦F(低還原性燒結礦)或燒結礦I(低還原性燒結礦)按1：1混合，作成混合燒結礦，並對混合燒結礦進行低溫還原粉化試驗。結果示於以下圖3。混合燒結礦在550℃下的還原率、還原粉化指數係兩種燒結礦單獨之情況的平均值左右。混合燒結礦之還原粉化指數均比在550℃下的還原率與還原粉化指數的2次近似方程更降低5個百分點左右。由此發現，藉由混合使用燒結礦可使還原粉化指數降低。

[產業上之可利用性]

依據本發明之高爐操作方法，不僅是通常的高爐操作，即使是較佳使用大量H₂作為還原材的高爐，亦可抑制還原粉化性，可確保爐內通氣性。

Claims

一種高爐操作方法，其特徵係，作為燒結礦，使用將包含還原粉化性高的燒結礦與相較於前述還原粉化性高的燒結礦而還原粉化性低的燒結礦之至少2種以上之燒結礦混合而成之燒結礦進行操作，前述還原粉化性高的燒結礦係以將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H ₂氣體濃度19vol%、N ₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘時之還原率為11%以上之燒結礦，前述還原粉化性低的燒結礦係在相同條件還原時之還原率未達11%之燒結礦。
如請求項1之高爐操作方法，其中使用大量H ₂作為還原材進行操作。
如請求項1之高爐操作方法，其中前述還原粉化性低的燒結礦係調配為前述混合而成之燒結礦全體之25~75質量%。
如請求項1之高爐操作方法，其中前述還原粉化性係以將500g燒結礦於550℃，在成為CO氣體濃度31vol%、H ₂氣體濃度19vol%、N ₂氣體濃度50vol%之特定氣體組成之環境下還原40分鐘後，以JIS M 8720規定之滾動裝置粉化，以2.8mm以下之粉率所表示之還原粉化指數進行評價。
如請求項1之高爐操作方法，其中前述還原粉化性高的燒結礦之還原率與前述還原粉化性低的燒結礦之還原率相隔6個百分點以上。