专利名称:操作高炉的方法
本发明涉及一种操作高炉的方法，特别是涉及一种操作通过高炉送风口将粉煤送入炉内的高炉的方法。
目前，一般的实际操作过程是用热风将粉煤通过高炉的送风口送入炉中，以部分地代替由炉顶添入到炉中的焦炭。但对焦炭的替代量是50-60公斤/每吨熔化生铁，这主要是考虑到下列因素(a)送风口喷嘴处的火焰温度将下降，这是因为粉煤中所含挥发性物质将产生吸热反应，而挥发性物质的分解又先于粉煤的燃烧;
(b)粉煤是在送风口喷嘴附近进行完全燃烧的。
另外，为了提高高炉生产率，最近有各种报告问世，这些报告指出，由送风口送入的高炉气体可以主要由氧组成，例如日本专利申请(公开)No.159104/85公开了一种方法(1)主要由铁矿石和焦炭组成的炉料由炉顶添入炉内;
(2)通过送风口送入纯氧、粉焦和温度控制气体(控制送风口喷嘴处的火焰温度不使其升高);
(3)从高炉中间高度处送入基本上不含氮的预热气体，以便对炉料进材预热;
(4)送入纯氧以燃烧炉料中的焦炭，并熔化和还原加到炉中的铁矿石，同时产生高炉煤气，后者基本上不含氮气，并由炉顶逸出。
但是这种方法很难使高炉的操作在长时间内保持稳定。
本发明的目的是提供一种操作高炉的方法，该方法能够使高炉操作在长时间内保持稳定。
根据本发明，操作高炉的方法由下列步骤组成通过炉顶将铁矿石和焦炭加入炉内;
通过送风口将含有40%(按体积)或更多氧的气体，连同粉煤一起送入炉中;
将燃料比控制在500-930公斤/每吨熔化生铁的范围内，另外还要控制通过送风口进入炉内的粉煤比，该比值应控制在能满足下下列关系式的范围内100-｛ (530-300)/(930-500) (X-500)+300｝公斤/每吨熔化生铁式中X代表燃料比。
本发明的目的以及其他目的和优点，在参照附图对本发明作详细说明后，将会变得更加明显。
现对附图作一简要说明。
图1示意地表示出本发明操作高炉方法的一种实施例;
图2用图示法表示出本发明的燃料比(公斤/每吨熔化生铁)与粉煤替代焦炭的最大代用量之间的关系;
图3用图示法表示出本发明的燃料比(公斤/每吨熔化生铁)与炉顶气体温度之间的关系;
图4用图示法表示出根据本发明的方法为使炉顶气体保持150℃所需的预热气体量;
图5用图示法表示出本发明方法中的氧气温度与用来代替焦炭的粉煤最大喷入量之间的关系。
现在参照图1对本发明操作高炉方法的最佳实施进行说明。
图1示意地说明本发明操作高炉方法的一种实施例。铁矿石2和焦炭3通过炉顶装入高炉1内。纯氧5、粉煤6以及作为火焰温度控制气体的炉顶气体12，从送风口4喷入。预热气体发生器9中产生的预热气体10，从设在高炉中间高度部位的进风口11送进高炉内，以便预热已装入炉内的炉料。在此操作过程中，不仅燃料比(归结为焦比和粉煤比)设定在500-930公斤/每吨熔化生铁范围内，而且粉煤比也须设定在满足下式的比率的范围内100-｛ (530-300)/(930-500) (X-500)+300｝公斤/每吨熔化生铁式中X代表燃料比。
根据上述方法，焦炭3和粉煤6可以与通过送风口喷入的纯氧5进行完全燃烧，然后由于所产生的高温还原气体的作用，铁矿石2熔化并还原成熔融的生铁和炉渣。基本不含氮的炉顶气体7是在炉顶部位产生的。炉顶气体通过气体滤清器8送往气体贮气器13，但可以有一部分炉顶气体，在通过滤清器流往贮气器13途中分流到发生器9中，或分流到送风口4中并作为温度控制气体12而送入高炉中。
为了用由送风口4喷入的粉煤6有效地替代从炉顶装入的焦炭3，下列各点是很重要的(a)从送风口喷入的粉煤在其完全燃烧之前会进行挥发，而且由于粉煤中挥发性物质分解时的吸热反应作用，在送风口喷嘴处的火焰温度常常会降低。因此最好控制喷入粉煤的量，以避免风口喷嘴处的火焰温度低于2000℃;
(b)粉煤喷入后，应能立即完全燃烧，而且应控制喷入的粉煤量，使之不超过燃烧速度;
(c)为了使气体在高炉中的流动呈最佳状态，焦炭在高炉炉料中的量也必须是最佳值，从而产生有利于气体流动的必要的空间。
根据上述想法，粉煤替代焦炭量由下式确定100-｛ (530-300)/(930-500) (X-500)+300｝公斤/每吨熔化生铁式中X代表燃料比。
燃料比和替代量的关系是线性关系，即替代量的增加正比于燃料比的增加。上式中替代量的低限之所以设定为100，是因为若低限太低，则不能获得本发明的效果。另外，若替代量超过上限，则粉煤的燃烧将是不完全的，从而使高炉操作过程恶化。燃料比最好处于500-930公斤/每吨熔化生铁的范围之中。若燃料比小于500公斤/每吨熔化生铁，高炉操作过程将变得不稳定，而当燃料比超过930公斤/每吨熔化生铁时，则炉顶气体温度将超过400℃，从而有损炉顶装置。
图2用图示法表示出燃料比(公斤/每吨熔化生铁)与粉煤最大替代量之间关系。例如，在燃料比为500公斤/每吨熔化生铁的情况下，粉煤喷入量可以为300公斤/每吨熔化生铁。该图还表示出，若燃料比为800公斤/每吨熔化生铁，则用来替代焦炭而喷入的粉煤量为460公斤/每吨熔化生铁，这时从炉顶加入的焦炭量只要340公斤/每吨熔化生铁就够了。
图3用图示法表示出燃料比(公斤/每吨熔化生铁)与炉顶气体温度之间的关系，当燃料比值为500-830公斤/每吨熔化生铁时，炉顶气体温度将设定在150℃，图中由虚线表示该温度。之所以设定在150℃，是因为通过设置在高炉中间高度部位的进风口送进炉中的预热气体，可使炉顶气体温度保持在150℃。若燃料比大于830公斤/每吨熔化生铁，则不需要往炉中送预热气体，此时炉顶气体温度为150℃或更高。但是，若燃料比超过930公斤/每吨熔化生铁，则炉顶气体温度将超过400℃，从保护炉顶装置观点看，这是很不希望有的现象。
图4用图示法表示出为保持炉顶气体温度为150℃，所需的预热气体的热值。燃料比越低，则需添加的热值就越高。
焦炭作为从炉顶装入炉内的焦炭，最好使用转鼓指数DI3015为80.0-90.0%的焦炭。若DI3015小于80.0%，则焦炭易于粉化，其粉化量使得粉尘量增加，产生不稳定炉况，从而带来不希望有的结果。既使DI3015超过90%，对高炉操作也不会产生任何不利的因素，但有些看来是耗费性的工作还是需要的，例如更严格挑选炼焦煤以及在炼焦过程中压制煤块等。
在常规的高炉操作中，焦炭的物理性能应能满足下列要求(1)装入高炉内的焦炭不会由于装入炉内的一层层炉料的自重而粉化，也不会与气体一道从高炉中排出。
(2)在高炉中，还原反应大约从温度700℃开始，而由于碳素溶解损失反应是在高炉较低部位产生的，焦炭将变脆，因此上述反应必须尽量抑制。
现在，将普通高炉主要使用热风的操作与本发明的操作相比较，对为什么能应用具有低转鼓指数DI3050为80%-90%的焦炭作详细说明。在一般高炉操作过程中，主气体中的氮含量从风口水平到料线几乎都稳定地处于57%-60%(按体积计)范围内。在固体炉料温度为1300℃的炉身处，炉内气体，铁矿石以及焦炭有下列特点(a-1)炉内气体N2，大约64%(体积);CO，大约35%(体积);其余为少量H2;
(b-1)铁矿石金属化程度，大约56%;
(c-1)焦炭5-7%起反应。
在本发明的操作过程中，主气体的氮含量从风口水平到料线处仅为2-3%(体积)。在固体炉料为1300℃的炉身处，炉内气体，铁矿石以及焦炭有如下特点(a-2)炉内气体N2，大约2%(体积);CO，大约80%(体积);H2为1.8%(体积);
(b-2)铁矿石金属化程度大约为85%;
(c-2)焦炭大约3%的焦炭起反应。
另外，就焦炭行至风口喷嘴处后进行燃烧的焦炭量而论，本发明的燃烧焦炭量实际上已达91%，而普通高炉操作过程中的燃烧焦炭量只大约为79%。
从上面的结果可以清楚地看出，根据本发明的方法，气体还原势得到极大的改善，而在反应方面，间接还原率得到提高，溶解损失反应减少。从炉体结构设计观点看，炉身部分可以缩短，并且几乎可以缩短至普通高炉的三分之二。在普通高炉中两期物理性能调整可以通过减少溶解损失反应，缩短为溶解损失反应所需的时间，及由于缩短炉身长度而导致减轻炉料重量等的作用而得到补偿。换句话说，一般传统高炉操作中所要求的，转鼓指数DI3015为92%或更高的焦炭，可以用本发明操作方法所要求的，转鼓指数DI3015为80.0～90.0%的焦炭所替代。为了使转鼓指数DI3015能处于80.0～90.0%的范围内，炼焦煤的反射率(reflectance)平均值最好是0.800～0.950。
本说明书中使用的转鼓指数DI3015在日本工业标准中有其规定，并按表1中所列项目进行测定。
表1
氧含有40%(体积)或更多氧的气体由高炉风口4送进高炉内。若氧含量为40%(体积)或更多，则粉煤量为100公斤/每吨熔化生铁的粉煤可以通过风口喷进高炉。其结果是减少了焦炭的消耗量，从而使生产成本更加合理。另一方面，当氧含量增加时，火焰温度提高，而在炉身部分处的温度下降。为了防止炉身部分处的温度下降，需要将预热气体通过设在炉身部分上的进风口送入炉内。预热气体的喷入应能使炉顶气体温度为150℃或更高。预热气体加热到700°-1300℃。通过送风口喷入的气体可以含有正常温度的煤气，也可以含有加热的煤气，煤气加热到130-700℃，煤气也可以用加热到130-700℃的纯氧来替换。
图5用图示法表示出氧气温度与允许喷入高炉中替代焦炭的粉煤最大替代量之间的关系。该图表示这种关系的条件是，燃料比为550公斤/每吨熔化生铁，送风口喷嘴处的温度设为2600℃。从图5可以清楚看到，氧气温度越高，喷入的粉煤量可以增得越多。氧气温度可以提高到相当高，但考虑到安全的允许限度，操作温度应在130-700℃范围之内。图5表示出了在这个范围内，可以获得相当满意的效果。最好能利用废热来作为热源。
实例1实验NO.1和NO.2是根据本发明的方法进行的。在实验NO.1的操作中，不仅进行了低燃料比的实验，而且进行了可能的限制炉顶气体产生的实验。加入量为1600公斤/每吨熔化生铁的铁矿，和加入量为250公斤/每吨熔化生铁的焦炭，通过炉顶装填到炉中。通过高炉送风口喷送到炉内的有330标准立方米/每吨熔化生铁的氧、300公斤/每吨熔化生铁的粉煤，和90标准立方米/每吨熔化生铁的炉顶气体，炉顶气体是用来控制送风口喷嘴处的火焰温度的。燃料比为550公斤/每吨熔化生铁，这是焦比为250公斤/每吨熔化生铁与粉煤比为300公斤/每吨熔化生铁之和。风口喷嘴处的火焰温度为2600℃。温度为1000℃的、送入量为290标准立方米/每吨熔化生铁的预热气体通过设在炉身中间高度处的进风口送入炉内。炉顶产生炉顶气体，其热值为18450千卡/每吨熔化生铁，其量为1059标准米方米/每吨熔化生铁。本实验NO.1操作方法中所使用焦炭的转鼓指数DI3015为92.6%。通过送风口喷入的粉煤的颗粒尺寸最大为0.2mm，该粉煤由70-80%的200筛目或小于200筛目的粉煤组成。该粉煤的化学成分列于表2中。
表2(重量%)
在实验NO.2的操作方法中，风口喷嘴处的火焰温度被尽可能地降低，而炉顶气体却仍然增加。加入量为1600公斤/每吨熔化生铁的铁矿石以及加入量为400公斤/每吨熔化生铁的焦炭通过炉顶加装到炉内。通过送风口喷入的有送入量为472标准立方米/每吨熔化生铁的氧，加入量为500公斤/每吨熔化生铁的粉煤以及送入量为420标准立方米/每吨熔化生铁的炉顶气体(用来控制送风口喷嘴处火焰温度)。燃料比为900公斤/每吨熔化生铁，是焦比为400公斤/每吨熔化生铁与粉煤比为500公斤/每吨熔化生铁两者之和。送风口喷嘴处的火焰温度为2200℃。没有将预热气体通过设在炉身中间高度处的进风口送入炉内。炉顶产生炉顶气体，其热值为36210千卡/每吨熔化生铁，其产生量为1532标准立方米/每吨熔化生铁。实验NO.2的操作方法所使用的焦炭与实验NO.1中所使用的一样。
实例2根据本发明进行了实验NO.3至NO.5，其操作结果列于表3中。
表3
在实验NO.3中，焦比为350公斤/每吨熔化生铁，粉煤比为300公斤/每吨熔化生铁，而燃料比是焦比和粉煤比之和，为650公斤/每吨熔化生铁。本实验NO.3中所使用的焦炭的转鼓指数DI3015为92.6%。本操作过程是稳定的，塌料次数很少，含尘量少。
在实验NO.4中，焦比为353公斤/每吨熔化生铁，粉煤比为300公斤/每吨熔化生铁，燃料比为653公斤/每吨熔化生铁，是焦比和粉煤比之和。所使用的焦炭是由30%(重量)的转鼓指数DI3015为85.0%的焦炭和其余转鼓指数DI3015为92.6%的焦炭组成的。DI3015为85.0%的焦炭是由有下列组分的煤制成的。本实验操作是稳定的，塌料次数少，含尘量少。
表4
在实验NO.5中，焦比为355公斤/每吨熔化生铁，粉煤比为300公斤/每吨熔化生铁，燃料比是焦比与粉煤比之和，为655公斤/每吨熔化生铁。所使用的焦炭由80%(重量)的、转鼓指数DI3015为80.0%的焦炭和其余转鼓指数为92.6%的焦炭所组成。尽管采用了80%(重量)转鼓指数DI3015为80.0%的焦炭，本操作方法的生产率几乎没有受到什么影响。操作过程是稳定的，塌料出现次数和含尘量有轻微增加。
实例3实验NO.6和实验NO.7是根据本发明的方法进行的，其条件为燃料比为550公斤/每吨熔化生铁，送风口喷嘴处的火焰温度为2600℃。实验NO.6中氧气加热到400°，通过送风口送入炉内，实验NO.7中送入炉内的氧气温度为25℃。实验结果列于表5中。在实验NO.6中，可以大量使用经济的粉煤，以便代替昂贵的焦炭。
表权利要求
1.一种操作高炉的方法，其特征在于它由下列步骤构成将铁矿石及焦炭由炉顶加到高炉中；将含有40%(体积)或更多的氧的气体连同粉煤一起由送风口处送入高炉中；将燃料比控制在500-930公斤/每吨熔化生铁范围内，并将通过送风口送入炉内的粉煤比控制在满足下列式子的范围内100－｛ (530－300)/(930－500) (X－500)＋300｝公斤/每吨熔化生铁式中X代表燃料比。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于该方法还包括有下述附加步骤，即通过设在炉身部分上的进风口将预热气体送入高炉中，以预热高炉中的炉料。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于所述将铁矿石和焦炭加到炉内的步骤中所加的焦炭既具有高的转鼓指数，即DI3015为92%或更高，也具有低的转鼓指数，即DI3015为80～90%。
4.根据权利要求
3所述的方法，其特征在于具有低转鼓指数的焦炭占加入到高炉中的焦炭的100%(重量)。
5.根据权利要求
3所述的方法，其特征在于具有低转鼓指数的焦炭是按照让其混煤反射率处于0.800至0.950范围内的方法而制备的。
6.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于通过送风口送入炉中的气体可以是纯氧。
7.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于通过送风口送入炉中的气体被加热到130°至700℃。
8.根据权利要求
7所述的方法，其特征在于通过送风口送入炉中的气体为加热到130°至700℃的氧气。
专利摘要
一种操作高炉的方法由下列步骤组成由炉顶将铁矿石及焦炭加到高炉中；通过送风口将含有40％(体积)或更多氧的气体连同粉煤一道送入高炉中；将燃料比控制在500至930公斤/每吨熔化生铁范围内，还将通过送风口送入炉中的粉煤比控制在满足下式的范围内100至
文档编号C21B5/00GK87105969SQ87105969
公开日1988年7月20日 申请日期1987年12月26日
发明者大野阳太郎, 藤汛, 宫本健彦, 胁元一政, 川田仁, 松浦正膊 申请人:日本钢管株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan