专利名称：高炉操作方法
技术领域：
本发明涉及高炉操作方法，在该方法中，在将粉煤(微粉炭)作为辅助还原材进行利用的高炉工艺中，将对生物质进行干馏而得到的生物质焦(biomass char)作为高炉的辅助还原材进行利用。
背景技术：
在以立式炉为代表的高炉中，将铁矿石或废铁等铁源以及作为铁矿石还原材和热源的焦炭用作原料。为了制造适于高炉操作的焦炭，需要昂贵且品质优良的原料煤(coalfor coke making)。因此，目前进行的是将对燃料用煤进行微粉碎而成的粉煤作为热源从高炉的风口吹入来削减昂贵的焦炭用量的高炉操作方法。用于高炉吹入的粉煤与焦炭用煤(coal for coke making)不同，一般使用粘结性(caking property)差的煤(不粘结煤)(noncaking coal)。吹入的粉煤量根据操作条件的不同也有所不同，吹入量越多则越可削减焦炭用量，可以降低成本。通常，若相对于每I吨生铁吹入IOOkg 200kg的粉煤，则可大致削减同量的焦炭用量。对于此处所吹入的粉煤的粒度来说，工业上通常使用74 pm以下的粉煤占粉煤全部质量的60% 80% (将其简记为粉煤粒度为74y m以下、60 80质量％。)的范围的粉煤。在高炉中，从炉下部风口部吹入约1100°C的高温且高速的空气(风口前端气体速度为约200m/s),焦炭转换为还原气体,将铁矿石还原。在风口前端，由于该鼓风能量的作用，形成了被称为燃烧带(回旋区( >一> 々工〃))的空间，在该空间中，焦炭被转换为还原气体。在风口部作为辅助还原材被吹入的粉煤也需要在该回旋区被转换为还原气体。但是，通过回旋区的粉煤的停留时间为0. 01秒左右，希望为燃烧性良好的粉煤性状。对于粉煤的燃烧性，其粒径虽也是重要的，但其依赖于挥发成分量(例如，参见非专利文献1、2。)。在回旋区内未燃烧完的粉煤作为未燃炭(十\一)与气体一同在高炉内上升。此时，与通过铁矿石还原所生成的CO2和H2O发生反应,转换为CO。该CO被用于铁矿石的还原。未燃炭的消耗量由炉内生成的CO2和H2O量来决定。另一方面，从防止地球温室化的方面出发，CO2排出量的削减为紧急课题。在钢铁业中也进行了用于削减CO2排出量的技术的开发。作为削减CO2排出量的方法，有削减投入的碳量、回收排出的CO2、将现有的煤和石油等替换为不含碳(carbon free)的碳源等方法。作为不含碳的碳源已知有生物质，在钢铁业中如果能使用生物质作为煤替代物，则可有助于CO2排出量的削减。作为生物质，有房屋建筑的解体中产生的木材废弃物、木材加工处产生的木质系废弃物、森林等中的剪枝废弃物、农业系废弃物等。作为其处理利用方法，主要为填埋、放置、焚烧、燃料等。并且，已知还有以燃料利用为目的的生物燃料作物。生物质由碳、氧、氢构成，但其本身为高含水率、低热值(例如，水分15质量％、热值16. 2MJ/kg-干燥基准)，从效率方面考虑，在直接炼铁工艺中的使用还不能说是有利的。 并且，利用通常的磨煤机(辊磨机、球磨机等)难以将废木材直接粉碎至74 y m以下，需要利用冲击方式等的粉碎机。
现有技术文献非专利文献非专利文献I :日本钢铁协会“铁和钢” vol. 81、1995年、p. 1114非专利文献2 :日本钢铁协会“铁和钢” vol. 78、1992年、p. 120
发明内容
发明所要解决的课题上述的现有技术中具有以下(a) (d)的课题。(a)挥发成分浓度低的粉煤(例如无烟煤)的燃烧性通常较差，无法确保风口前端 的高燃烧率。(b)回旋区内的燃烧不充分的情况下，生成未燃烧的炭(由燃烧不充分的粉煤生成的炭)，受到高炉内产生的CO2和H2O的作用而发生气化。但是，未燃烧的炭量多的情况下，在高炉内未被消耗，炉内的压力损失增加。(c)在选择高炉吹入用煤的情况下，需要考虑挥发成分量等。(d)如上所述，将生物质作为高炉吹入用炭材进行利用的情况下，其为高含水率、低热值，同时难以粉碎至微粉，不能与粉煤进行同样的操作，无法在高炉中有效使用，因而焦炭削减效果小。因此，本发明的目的在于提供一种高炉的操作方法，其解决在高炉操作中将这样的粉煤作为辅助还原材进行利用时的课题，通过使用生物质来替代粉煤，能够对CO2排出量的削减做出贡献。用于解决课题的手段用于解决这样的课题的本发明的特征如下。(I) 一种高炉操作方法，其为将粉煤作为辅助还原材从风口吹入的高炉操作方法，在该方法中，对生物质进行干馏，将所得到的生物质焦粉碎，生成上述生物质焦的粉碎物；将上述生物质焦的粉碎物与粉煤从上述风口吹入。(2)如⑴所述的高炉操作方法，其中，上述生物质焦的粉碎物与粉煤的吹入包括将粉煤与生物质焦混合后从风口进行吹入。(3)如(I)所述的高炉操作方法，其中，上述生物质焦的粉碎物与粉煤的吹入包括由同一风口内的生物质焦粉碎物吹入枪、八、和粉煤吹入枪将生物质焦的粉碎物与粉煤吹入。(4)如⑴所述的高炉操作方法，其中，按照生物质焦的粉碎物与粉煤的挥发成分的合计浓度为10质量％以上的方式从风口进行吹入。(5)如(4)所述的高炉操作方法，其中，上述挥发成分的合计浓度为10质量％以上、25质量％以下。(6)如(5)所述的高炉操作方法，其中，上述挥发成分的合计浓度为15质量％以上、25质量％以下。(7)如(I)所述的高炉操作方法，其中，上述生物质焦的粉碎物具有25质量％以上、50质量％以下的挥发成分。(8)如⑴所述的高炉操作方法，其中，上述生物质焦的粉碎物与粉煤的吹入包括按照以质量比例计生物质焦的粉碎物粉煤=6 50 94 50的比例从风口吹入生物质焦的粉碎物与粉煤。(9)如⑶所述的高炉操作方法，其中，上述生物质焦的粉碎物粉煤为20 50 80 50的比例。(10)如(I)所述的高炉操作方法，其中，上述生物质焦的粉碎物的粒度为，74 iim以下的粉碎物占80质量％以上。发明效果根据本发明，可以不受粉煤的挥发成分的制约，即使为低品质的煤也能够用于高 炉中，并且通过在高炉中使用对生物质进行干馏而得到的生物质焦，可以有助于削减炼铁工艺中的CO2排出量。
图I是本发明一个实施方式的说明图。图2是本发明中所用的生物质干馏装置的一个实施方式的说明图。图3是本发明中所用的生物质焦和粉煤的燃烧试验装置的说明图。图4是示出本发明的燃烧试验结果的图(回旋区内最高温度位置)。图5是示出本发明的燃烧试验结果的图(燃烧气化率)。图6是示出加和性(加成性)成立的情况下的燃烧气化率与实测的燃烧气化率的关系的图。
具体实施例方式本发明人为了解决上述课题反复进行了深入研究，结果发现，通过对将生物质干馏得到的生物质焦进行粉碎后与粉煤同时从高炉风口吹入，可以改善粉煤的燃烧性。从而，即使为挥发成分浓度低的粉煤也能够用于高炉吹入，可使用的粉煤的煤种得以扩大。由于对生物质进行干馏而得到的生物质焦可以进行微粉碎，因而可以将粉煤与生物质焦预先混合并通过使用粉煤吹入用配管而吹入到炉中、或者可以使用通常的粉煤吹入用配管将生物质焦单独吹入到炉中。因而，只要为进行着粉煤吹入操作的高炉，无需特别进行设备更新就可以实施生物质焦的高炉吹入操作。在将对生物质进行干馏而制造的生物质焦与粉煤同时吹入到炉内时，由于生物质焦的燃烧速度快，因而借助生物质焦的燃烧热，粉煤被加热，可以提高粉煤的燃烧性。通过提高辅助还原材的挥发成分浓度，燃烧率提高、未燃炭的生成减少。进而，炉内的CO2和H2O的消耗负荷减轻。因而，将挥发成分浓度低的粉煤从高炉风口吹入来作为辅助还原材用于高炉操作时，将生物质干馏为特定的挥发成分浓度，制成生物质焦后进行粉碎，按照粉煤与生物质焦的合计挥发成分浓度为特定浓度以上的方式进行混合，将粉煤与生物质焦同时吹入，从而可以提高低挥发成分煤的燃烧率。通过同时吹入粉煤与生物质焦，只要在炉内呈混合状态时的挥发成分浓度为特定的浓度以上即可，不必一定要预先混合后再吹入。作为粉煤与生物质焦的合计的特定挥发成分浓度，例如可以采用通常在高炉中使用的粉煤的挥发成分浓度。特别优选按照粉煤与生物质焦的挥发成分的合计浓度为10质量％以上的方式从风口进行吹入。粉煤与生物质焦的合计挥发成分浓度为10质量％以上的情况下，可以确保加和性以上的燃烧率。挥发成分浓度越高则燃烧性越高，因而优选；但在本发明中，将挥发成分的合计浓度为50质量％以下规定为适宜范围。这是由于，通常作为粉煤使用的煤的挥发成分浓度为50质量％以下，在粉煤比例多的情况下，将挥发成分的合计浓度调整为超过50质量％本身就很困难。另一方面，在不对生物质进行干馏而使用的情况下，挥发成分浓度高，为70质量％左右，碳成分为50质量％以下。因而，在将生物质与粉煤一同使用的情况下，在提高挥发成分浓度方面是有效的。但是，在将生物质作为粉煤替代物来使用的情况下，使碳成分低至50质量％以下时，焦炭置换率降低，因而不适于作为粉煤替代物使用，使用生物质焦是有效的。例如，在向粉煤(挥发成分浓度8. 50质量％ )中混合6质量％以上的生物质焦(挥发成分浓度40. 09质量％ )的情况下，合计挥发成分浓度为10质量％以上，可以得到根据加和性预测的预测值以上的高燃烧率。更希望的是，优选按照粉煤与生物质焦的挥发成分的合计浓度为15质量％以上的方式从风口进行吹入。粉煤与生物质焦的合计挥发成分浓度为15质量％以上的情况下，可以进一步增大可确保加和性以上的燃烧率的比例。最优选挥发成分的合计浓度为15质量％以上、50质量％以下。在制造生物质焦时，作为生物质的干馏条件，优选在300°C以上的温度进行干馏。通过进行300°C以上的干馏，可以除去水分，热值也可与煤为同等程度。通过调整干馏时的温度或者停留时间，可以将生物质焦的挥发成分浓度调整为特定浓度。干馏温度优选为600°C以下。干馏温度若超过600°C，则生物质焦的挥发成分浓度为10质量％左右，可能难以通过与粉煤混合而将挥发成分浓度调整为15%以上。生物质焦的挥发成分浓度优选为25质量％以上。生物质焦的挥发成分浓度为25质量％以下的情况下，可能会难以确保加和性以上的燃烧率。生物质焦的挥发成分浓度优选为50质量％以下。这是由于，对于挥发成分浓度超过50质量％的生物质焦而言，其干馏未得到充分进行，在微粉碎工序中单位时间的粉碎处理量可能会显著降低。在进行生物质焦的粉碎物与粉煤从风口的吹入中，生物质焦的粉碎物与粉煤的比例以质量比例计优选为生物质焦的粉碎物粉煤=6 50 94 50。上述中，生物质焦的粉碎物的比例优选为6质量％以上的理由如下所述。作为适于以粉煤的形式进行混合来使用的通常的生物质焦，假设为对生物质在干馏温度300°C进行处理而成的生物质焦。在干馏温度300°C处理后的生物质焦的挥发成分浓度为40质量％左右，并且碳成分为70质量％左右，适于作为粉煤替代物来使用。通常使用的粉煤中，挥发成分浓度低的粉煤的挥发成分浓度会低于10质量％，因而为了使混合后的挥发成分浓度为10质量％以上，优选混合6质量％以上的生物质焦的粉碎物。并且，生物质焦的粉碎物的比例优选为50质量％以下的理由如下所述。在生铁年产量为500万吨的高炉中，若假设为相对于每I吨生铁吹入100 200kg粉煤的情况，则一年的粉煤用量为50 100万吨。若对利用生物质焦来置换粉煤的50质量％的情况进行研究，则一年需要25 50万吨的生物质焦。此处，若假定由生物质制造生物质焦的情况下的碳化物收率为20质量％，则一年需要125 250万吨的生物质原料，这种情况下，使用林地残木等木质系生物质、河岸地等处产生的草本系生物质、下水污泥、食品废弃物等各种生物质原料。在使用这样的多种多样的生物质的情况下，根据原料种类的不同，所制造的生物质焦的性状除为粉碎性以外，在成分等方面也是各有不同的；而通过与粉煤混合进行使用，即使将生物质焦混合至50质量％左右进行使用，混合物的性状也稳定，因而能够充分用于高炉中。与由多种多样的生物质原料制造出的生物质焦相比较，作为粉煤，优选使用固定碳、挥发成分、灰分等构成元素的含有比例的偏差小的物质。更优选生物质焦的粉碎物粉煤=20 50 80 50。
生物质焦的粉碎物的比例更优选为20质量％以上的理由如下所示。根据粉煤和生物质焦各自的燃烧气化率并在加和性成立的前提下将所求得的混合物的燃烧气化率设为A、将实测的混合物的燃烧气化率设为B，将超过加和性、燃烧气化率提高的比例定为C = (B-A)/AX 100。下述的实施例中，本发明例I 3中的C经计算为4以上，但本发明例4和5中为2以下。对于这一点，在下述所示的图6的图中，作为实测的燃烧气化率在图中的位置与加和性成立的情况(虚线)的乖离幅度，能够在视觉上识别出。即，本发明例3中示例出的生物质焦的粉碎物为20质量％以上的混合物中，C值大，也即超出加和性的燃烧气化率的提高显著，因而更优选生物质焦的粉碎物为20质量％以上的混合物。生物质焦的粉碎物具有25质量％以上、50质量％以下的挥发成分的情况下，对于生物质焦的粉碎物与粉煤的比例，优选将其比例调整为生物质焦的粉碎物与粉煤的挥发成分的合计浓度为10质量％以上、50质量％以下。将生物质焦的粉碎物与粉煤的混合物的挥发成分比例的混合比例进行变更的情况的示例列于表I。[表1]
权利要求
1.一种高炉操作方法，其为将粉煤作为辅助还原材从风口吹入的高炉操作方法，在该方法中， 对生物质进行干馏，将所得到的生物质焦粉碎，生成所述生物质焦的粉碎物； 将所述生物质焦的粉碎物与粉煤从所述风口吹入。
2.如权利要求I所述的高炉操作方法，其中，所述生物质焦的粉碎物与粉煤的吹入包括将粉煤与生物质焦混合后从风口进行吹入。
3.如权利要求I所述的高炉操作方法，其中，所述生物质焦的粉碎物与粉煤的吹入包括由风口内的生物质焦粉碎物吹入枪和粉煤吹入枪将生物质焦的粉碎物与粉煤吹入。
4.如权利要求I所述的高炉操作方法，其中，以使生物质焦的粉碎物与粉煤的挥发成分的合计浓度为10质量％以上的方式从风口进行吹入。
5.如权利要求4所述的高炉操作方法，其中，所述挥发成分的合计浓度为10质量％以上且50质量％以下。
6.如权利要求5所述的高炉操作方法，其中，所述挥发成分的合计浓度为15质量％以上且50质量％以下。
7.如权利要求I所述的高炉操作方法，其中，所述生物质焦的粉碎物具有25质量％以上且50质量％以下的挥发成分。
8.如权利要求I所述的高炉操作方法，其中，所述生物质焦的粉碎物与粉煤的吹入包括按照以质量比例计生物质焦的粉碎物粉煤=6 50 94 50的比例从风口吹入生物质焦的粉碎物与粉煤。
9.如权利要求8所述的高炉操作方法，其中，所述生物质焦的粉碎物粉煤为20 50 80 50的比例。
10.如权利要求I所述的高炉操作方法，其中，所述生物质焦的粉碎物的粒度为，74μπι以下的粉碎物占80质量％以上。
全文摘要
本发明提供高炉的操作方法，其解决了在高炉操作中将粉煤作为辅助还原材进行利用时的课题，可通过使用生物质替代粉煤而对CO2排出量的削减做出贡献。本发明中使用一种高炉操作方法，其特征在于，在将粉煤作为辅助还原材从风口吹入的高炉操作中，利用(2)对生物质(1)进行干馏，将所得到的生物质焦(3)粉碎，与粉煤(4)同时从风口吹入。优选将粉煤与生物质焦利用混合装置(5)进行混合后从风口吹入、按照粉煤与生物质焦的挥发成分的合计浓度为10质量％以上的方式从风口进行吹入。
文档编号C21B5/00GK102666881SQ201080048910
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月28日 优先权日2009年10月29日
发明者浅沼稔, 藤林晃夫, 鹤田秀和 申请人:杰富意钢铁株式会社