向氧气高炉吹入粉煤的方法与流程

本发明涉及通过从风口吹入纯氧和粉煤而从炉顶产生不含氮气的高炉煤气的向氧气高炉吹入粉煤的方法。

背景技术：

氧气高炉一般已知作为通过从风口吹入纯氧和作为还原材料的粉煤而从炉顶产生不含氮气的高炉煤气(以下，也仅称为“无氮高炉煤气”)并回收的高炉。该无氮高炉煤气能够作为合成化学工业用的原料利用。该氧气高炉操作中，需要在使风口前的燃烧区域的温度(风口前温度)为2000℃～2600℃这样的高温下进行操作。作为用于该操作的现有技术，例如，在专利文献1中提出了通过从风口吹入含有CO₂的高温的炉顶气体而将风口前的温度控制为预定的温度范围的方法。

另外，作为氧气高炉的现有操作例，还有从风口吹入纯氧、粉煤和重油的方法(参考专利文献2)。此外，作为氧气高炉的其他现有操作例，提出了在从风口吹入纯氧和粉煤时使用改善了燃烧性的粉煤的方案(参考专利文献3)。此外，在专利文献4中，提出了通过事先对纯氧进行预热而增加该粉煤的吹入量的操作方法(参考专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-159104号公报

专利文献2：日本特开昭63-171807号公报

专利文献3：日本特开昭63-166914号公报

专利文献4：日本特开昭63-169310号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

上述的专利文献1～3中记载的现有技术中，吹入纯氧和粉煤分别使用常温的纯氧和粉煤。但是，这些现有技术中，为了使风口前燃烧区域的温度(风口前温度)为2000℃～2600℃的高温，通过加快吹入的粉煤的着火来提高燃烧性。但是，为了实现粉煤的早期着火，需要将该粉煤升温至一定以上的温度。对此，作为满足其要求的方法，例如在专利文献4中提出了利用纯氧进行预热的方法。

但是，为了利用纯氧进行预热，需要另外的纯氧的预热设备。另外，关于专利文献4所公开的技术，利用废热作为预热设备的热源，但在实际的高炉中，难以在这种吹入设备附近供应这样的废热。

本发明的目的在于提出通过使用理想性状的粉煤作为向氧气高炉吹入的粉煤而高效地产生作为合成化学工业用气体有用的无氮高炉煤气的有效方法。

用于解决问题的方法

发明人为了能够克服现有技术所存在的前述问题并且实现上述目的而进行了深入研究。结果，发明人开发了下述的主旨构成的本发明。即，本发明为一种向氧气高炉吹入粉煤的方法，其特征在于，在进行通过从风口与纯氧一起吹入粉煤而产生不含氮气的高炉煤气并从炉顶回收的向氧气高炉吹入粉煤的操作时，将上述粉煤的挥发成分设定为25质量％以上。

另外认为，上述构成的本发明进一步采用如下构成，能够提供更优选的解决方法：

(1)从风口吹入的上述纯氧和上述粉煤使用常温的纯氧和粉煤；

(2)上述粉煤的挥发成分为30质量％以下；

(3)上述粉煤的吹入量(PCR)以每1吨铁水计为200kg以上。

发明效果

根据本发明的向氧气高炉吹入粉煤的方法，通过使用挥发成分为25质量％以上的高挥发成分粉煤作为粉煤，能够在不设置预热装置、其热源的情况下增加粉煤吹入量。而且，根据本发明，通过使用理想性状的粉煤作为从风口吹入的粉煤，能够使氧气高炉的风口前燃烧区域的温度容易且迅速地达到高温，因此，能够从炉顶高效地产生无氮高炉煤气并回收，进而稳定地供给合成化学工业用气体。

附图说明

图1是表示应用本发明的粉煤吹入方法的氧气高炉的一例的简图。

图2是表示用于测量在向氧气高炉吹入纯氧和粉煤的条件下的、粉煤的燃烧率的粉煤燃烧试验炉的一例的简图。

图3是表示实验结果的一例的图。

图4是表示实验结果的另一例的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的粉煤吹入方法中使用的氧气高炉和其周边设备的一例的图。该图所示的构成中，1为氧气高炉，2为用于将焦炉煤气(C气体)与高炉煤气(B气体)混合而得到混合气体(M气体)的混合器，3为用于对上述M气体进行预热并吹入到炉内的燃烧器，4为使用高炉炉顶废气进行发电的发电机，5为制造纯氧的制氧设备，6为用于向氧气高炉1内吹入氧气等的风口。

在图1所示的构成中，与现有高炉相同地，在氧气高炉1中，从炉顶部投入烧结矿、焦炭。另外，从下部的风口6向炉内吹入常温的纯氧。纯氧是利用制氧设备5使用深冷分离等分离技术由空气制造的，此时消耗电力。因此使用如下方法：使用作为含有大量CO的燃烧气体的C气体、B气体或将它们混合而成的M气体，利用发电机4进行发电，利用该电力来制造纯氧。另外，从高炉下部的风口6，与纯氧一起，还吹入粉煤、天然气、焦炉煤气等风口吹入气体。

本发明的向氧气高炉吹入粉煤的方法的特征之一在于，将从风口与纯氧一起吹入的粉煤的挥发成分设定为25质量％以上。其理由如下所述。

在现有型高炉的情况下，使用粉煤作为吹入还原材料，但其挥发成分为约20质量％左右。该水平的挥发成分的粉煤被分类为所谓的低挥发成分煤(例如，参考日本特开2003-286511号公报)。可是，在这样的低挥发成分的粉煤中，煤占重量的大部分，因此认为，即使是相同的吹入量，也能够比25质量％以上的高挥发成分煤削减更多的焦炭。

一般而言，氧气高炉没有对氧气进行预热的设备、热源是普遍的。因此，吹入氧气和粉煤使用常温的氧气和粉煤。因此，在该炉的情况下，从在使焦炭回旋的同时燃烧的回旋区(风口前燃烧区，温度被维持于2000℃以上的高温，其直径为约1m)通过的粉煤以200m/s的速度被吹入时，从该回旋区通过的时间为数毫秒。因此，优选使吹入粉煤在进入回旋区之前的尽量早的时期着火。

关于这一点，在现有的氧气高炉的情况下，由于吹入低挥发成分的粉煤，因此，粉煤在到达上述回旋区之前不会被充分升温。因此，为了引起早期的着火和燃烧，一定需要专利文献4中所记载的氧气的预热装置。另一方面，像本发明这样吹入挥发成分多的高挥发成分的粉煤时，与低挥发成分的粉煤相比，特别容易着火。特别是在不进行吹入氧气的预热的本发明这样的氧气高炉中，期望吹入高挥发成分粉煤、即挥发成分为25质量％以上的粉煤。其挥发成分的上限没有特别限定，优选为约30质量％以下。

在本发明中，将挥发成分限定为25质量％以上的理由是因为，由后述的实施例可知，能够实现粉煤的早期的着火、燃烧，能够得到高的置换率。另外，优选将挥发成分设定为30质量％以下的理由是因为，由后述的实施例可知，超过30质量％时，虽然置换率与现有型高炉的例子相比处于更高的水平，但稍微显示出变差的倾向。

在本发明中，上述高挥发成分粉煤例如使用将北美产的挥发成分较低的粉煤与澳大利亚产或美国产等的挥发成分较高的粉煤以预定量混合而制备成挥发成分为25质量％以上、优选为约30质量％以下的粉煤。

[实施例]

图2是表示用于测量在向氧气高炉吹入纯氧和粉煤的条件下的、粉煤的燃烧率的粉煤燃烧试验炉的一例的图。该粉煤燃烧试验炉11为高度1400mm×长度1000mm×宽度400mm。另外，在该粉煤燃烧试验炉11的上部，经由管路12设置有旋风分离器13，将炉内产生的燃烧气体利用旋风分离器13分离成废气和粉尘。在该试验炉11的上部具有管路14，在该管路14上连接有焦炭储存槽15，能够将储存在焦炭储存槽15中的焦炭16装填到试验炉11内。另外，试验炉11在其侧面以可插入的方式设置有用于测定温度、压力、气体组成等的测定探针17，在与该测定探针17大致相对的炉侧部设置有风口18，进而在风口18处设置有送风管19。该送风管19中设置有吹入纯氧的纯氧吹入喷枪20和吹入粉煤的粉煤吹入喷枪21、观察孔22等。需要说明的是，23表示作为风口18的前方的燃烧区的回旋区。

使用上述粉煤燃烧试验炉11来测量模拟了氧气高炉的吹入条件的粉煤的燃烧率。在再现了氧气高炉的该燃烧试验装置中，由于高温而难以通过直接采集粉煤来测定燃烧率，因此，将(焦炭消耗量/粉煤吹入量)定义为置换率，间接地测定粉煤的燃烧率。粉煤燃烧率降低时，残留氧气增加而使焦炭消耗量增加，因此置换率降低。

在此，关于吹入气体的温度，在现有高炉的条件下设定为与以往相同的1000℃，在本发明的氧气高炉条件下设定为常温，关于粉煤的吹入量(PCR)，现有的高炉条件和本发明的氧气高炉条件均设定为相当于以每1吨铁水计为150kg的量。另外，在现有例的高炉条件下，将粉煤吹入气体中的氧气浓度设定为25％，在本发明的氧气高炉条件下，将粉煤吹入气体设定为100％氧气。

图3中示出了实验结果。根据该图所示的结果，在现有型的普通高炉的例子中，挥发成分为15质量％以上时，挥发成分越增加，则置换率越降低。这是因为，挥发成分增加的部分使粉煤中的碳量相对减少。粉煤比等重量的焦炭更廉价，但置换率如此低时，没有成本上的优点，而且使焦炭比与粉煤比的合计即还原材料比升高，最终使CO₂的排放量增加，因此不怎么优选。

另一方面可知，在本发明的氧气高炉条件下，挥发成分为15质量％以上时，置换率逐渐升高，在为25质量％以上时，超过现有型高炉操作例的置换率。另外可知，挥发成分为25～30质量％时，显示出大致恒定的良好的置换率，但超过30质量％时，虽然比现有例的置换率更良好，但置换率稍微降低。认为其理由在于，在高炉中，粉煤本来应当容易在纯氧中燃烧，但低挥发成分的粉煤为常温时，着火延迟而使置换率降低。另一方面，认为是因为，对于像本发明这样挥发成分高的粉煤而言，即使将其在常温下使用，挥发成分也会成为着火源，因此会在早期着火，因而置换率升高。

此外，将现有的高炉条件和本发明的氧气高炉条件都将粉煤的吹入量(PCR)设定为相当于以每1吨铁水计为200kg的量时的实验结果示于图4中。与图3所示的相当于以每1吨铁水计为150kg的实验相比，可知现有例降低5～3％，与此相对，本发明中，最多也就降低约2％。认为这是因为，在现有方法中，粉煤的燃烧所需的氧气量相对降低而使着火性变差，与此相对，在本发明中，着火由挥发成分量决定，因此使置换率的降低得到抑制。

这样，发明人进行的使用氧气高炉的试验炉的实验中，可以确认：作为吹入粉煤，优选使用挥发成分更高的粉煤、特别是挥发成分为25质量％以上的粉煤。

产业上的可利用性

以上所说明的本发明的粉煤吹入方法不仅能够应用于使用挥发成分为25质量％以上的高挥发成分粉煤作为粉煤的氧气高炉，还能够应用于需要促进作为合成化学工业用气体有用的无氮高炉煤气的产生的技术的各种用途中。

符号说明

1 氧气高炉

2 混合器

3 燃烧器

4 发电机

5 制氧设备

6 风口

11 粉煤燃烧试验炉

12、14 管路

13 旋风分离器

15 焦炭储存槽

16 焦炭

17 测定探针

18 风口

19 送风管

20 纯氧吹入喷枪

21 粉煤吹入喷枪

22 观察孔

23 回旋区