專利名稱：高爐操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐操作方法，在該方法中，在將粉煤(微粉炭)作為輔助還原材進行利用的高爐工藝中，將對生物質(zhì)進行干餾而得到的生物質(zhì)焦(biomass char)作為高爐的輔助還原材進行利用。
背景技術(shù)：
在以立式爐為代表的高爐中，將鐵礦石或廢鐵等鐵源以及作為鐵礦石還原材和熱源的焦炭用作原料。為了制造適于高爐操作的焦炭，需要昂貴且品質(zhì)優(yōu)良的原料煤(coalfor coke making)。因此，目前進行的是將對燃料用煤進行微粉碎而成的粉煤作為熱源從高爐的風口吹入來削減昂貴的焦炭用量的高爐操作方法。用于高爐吹入的粉煤與焦炭用煤(coal for coke making)不同，一般使用粘結(jié)性(caking property)差的煤(不粘結(jié)煤)(noncaking coal)。吹入的粉煤量根據(jù)操作條件的不同也有所不同，吹入量越多則越可削減焦炭用量，可以降低成本。通常，若相對于每I噸生鐵吹入IOOkg 200kg的粉煤，則可大致削減同量的焦炭用量。對于此處所吹入的粉煤的粒度來說，工業(yè)上通常使用74 pm以下的粉煤占粉煤全部質(zhì)量的60% 80% (將其簡記為粉煤粒度為74y m以下、60 80質(zhì)量％。)的范圍的粉煤。在高爐中，從爐下部風口部吹入約1100°C的高溫且高速的空氣(風口前端氣體速度為約200m/s),焦炭轉(zhuǎn)換為還原氣體,將鐵礦石還原。在風口前端，由于該鼓風能量的作用，形成了被稱為燃燒帶(回旋區(qū)( >一> 々工〃))的空間，在該空間中，焦炭被轉(zhuǎn)換為還原氣體。在風口部作為輔助還原材被吹入的粉煤也需要在該回旋區(qū)被轉(zhuǎn)換為還原氣體。但是，通過回旋區(qū)的粉煤的停留時間為0. 01秒左右，希望為燃燒性良好的粉煤性狀。對于粉煤的燃燒性，其粒徑雖也是重要的，但其依賴于揮發(fā)成分量(例如，參見非專利文獻1、2。)。在回旋區(qū)內(nèi)未燃燒完的粉煤作為未燃炭(十\一)與氣體一同在高爐內(nèi)上升。此時，與通過鐵礦石還原所生成的CO2和H2O發(fā)生反應,轉(zhuǎn)換為CO。該CO被用于鐵礦石的還原。未燃炭的消耗量由爐內(nèi)生成的CO2和H2O量來決定。另一方面，從防止地球溫室化的方面出發(fā)，CO2排出量的削減為緊急課題。在鋼鐵業(yè)中也進行了用于削減CO2排出量的技術(shù)的開發(fā)。作為削減CO2排出量的方法，有削減投入的碳量、回收排出的CO2、將現(xiàn)有的煤和石油等替換為不含碳(carbon free)的碳源等方法。作為不含碳的碳源已知有生物質(zhì)，在鋼鐵業(yè)中如果能使用生物質(zhì)作為煤替代物，則可有助于CO2排出量的削減。作為生物質(zhì)，有房屋建筑的解體中產(chǎn)生的木材廢棄物、木材加工處產(chǎn)生的木質(zhì)系廢棄物、森林等中的剪枝廢棄物、農(nóng)業(yè)系廢棄物等。作為其處理利用方法，主要為填埋、放置、焚燒、燃料等。并且，已知還有以燃料利用為目的的生物燃料作物。生物質(zhì)由碳、氧、氫構(gòu)成，但其本身為高含水率、低熱值(例如，水分15質(zhì)量％、熱值16. 2MJ/kg-干燥基準)，從效率方面考慮，在直接煉鐵工藝中的使用還不能說是有利的。 并且，利用通常的磨煤機(輥磨機、球磨機等)難以將廢木材直接粉碎至74 y m以下，需要利用沖擊方式等的粉碎機。
現(xiàn)有技術(shù)文獻非專利文獻非專利文獻I :日本鋼鐵協(xié)會“鐵和鋼” vol. 81、1995年、p. 1114非專利文獻2 :日本鋼鐵協(xié)會“鐵和鋼” vol. 78、1992年、p. 120
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題上述的現(xiàn)有技術(shù)中具有以下(a) (d)的課題。(a)揮發(fā)成分濃度低的粉煤(例如無煙煤)的燃燒性通常較差，無法確保風口前端 的高燃燒率。(b)回旋區(qū)內(nèi)的燃燒不充分的情況下，生成未燃燒的炭(由燃燒不充分的粉煤生成的炭)，受到高爐內(nèi)產(chǎn)生的CO2和H2O的作用而發(fā)生氣化。但是，未燃燒的炭量多的情況下，在高爐內(nèi)未被消耗，爐內(nèi)的壓力損失增加。(c)在選擇高爐吹入用煤的情況下，需要考慮揮發(fā)成分量等。(d)如上所述，將生物質(zhì)作為高爐吹入用炭材進行利用的情況下，其為高含水率、低熱值，同時難以粉碎至微粉，不能與粉煤進行同樣的操作，無法在高爐中有效使用，因而焦炭削減效果小。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種高爐的操作方法，其解決在高爐操作中將這樣的粉煤作為輔助還原材進行利用時的課題，通過使用生物質(zhì)來替代粉煤，能夠?qū)O2排出量的削減做出貢獻。用于解決課題的手段用于解決這樣的課題的本發(fā)明的特征如下。(I) 一種高爐操作方法，其為將粉煤作為輔助還原材從風口吹入的高爐操作方法，在該方法中，對生物質(zhì)進行干餾，將所得到的生物質(zhì)焦粉碎，生成上述生物質(zhì)焦的粉碎物；將上述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤從上述風口吹入。(2)如⑴所述的高爐操作方法，其中，上述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的吹入包括將粉煤與生物質(zhì)焦混合后從風口進行吹入。(3)如(I)所述的高爐操作方法，其中，上述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的吹入包括由同一風口內(nèi)的生物質(zhì)焦粉碎物吹入槍、八、和粉煤吹入槍將生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤吹入。(4)如⑴所述的高爐操作方法，其中，按照生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上的方式從風口進行吹入。(5)如(4)所述的高爐操作方法，其中，上述揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上、25質(zhì)量％以下。(6)如(5)所述的高爐操作方法，其中，上述揮發(fā)成分的合計濃度為15質(zhì)量％以上、25質(zhì)量％以下。(7)如(I)所述的高爐操作方法，其中，上述生物質(zhì)焦的粉碎物具有25質(zhì)量％以上、50質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分。(8)如⑴所述的高爐操作方法，其中，上述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的吹入包括按照以質(zhì)量比例計生物質(zhì)焦的粉碎物粉煤=6 50 94 50的比例從風口吹入生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤。(9)如⑶所述的高爐操作方法，其中，上述生物質(zhì)焦的粉碎物粉煤為20 50 80 50的比例。(10)如(I)所述的高爐操作方法，其中，上述生物質(zhì)焦的粉碎物的粒度為，74 iim以下的粉碎物占80質(zhì)量％以上。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以不受粉煤的揮發(fā)成分的制約，即使為低品質(zhì)的煤也能夠用于高 爐中，并且通過在高爐中使用對生物質(zhì)進行干餾而得到的生物質(zhì)焦，可以有助于削減煉鐵工藝中的CO2排出量。


圖I是本發(fā)明一個實施方式的說明圖。圖2是本發(fā)明中所用的生物質(zhì)干餾裝置的一個實施方式的說明圖。圖3是本發(fā)明中所用的生物質(zhì)焦和粉煤的燃燒試驗裝置的說明圖。圖4是示出本發(fā)明的燃燒試驗結(jié)果的圖(回旋區(qū)內(nèi)最高溫度位置)。圖5是示出本發(fā)明的燃燒試驗結(jié)果的圖(燃燒氣化率)。圖6是示出加和性(加成性)成立的情況下的燃燒氣化率與實測的燃燒氣化率的關(guān)系的圖。
具體實施例方式本發(fā)明人為了解決上述課題反復進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過對將生物質(zhì)干餾得到的生物質(zhì)焦進行粉碎后與粉煤同時從高爐風口吹入，可以改善粉煤的燃燒性。從而，即使為揮發(fā)成分濃度低的粉煤也能夠用于高爐吹入，可使用的粉煤的煤種得以擴大。由于對生物質(zhì)進行干餾而得到的生物質(zhì)焦可以進行微粉碎，因而可以將粉煤與生物質(zhì)焦預先混合并通過使用粉煤吹入用配管而吹入到爐中、或者可以使用通常的粉煤吹入用配管將生物質(zhì)焦單獨吹入到爐中。因而，只要為進行著粉煤吹入操作的高爐，無需特別進行設(shè)備更新就可以實施生物質(zhì)焦的高爐吹入操作。在將對生物質(zhì)進行干餾而制造的生物質(zhì)焦與粉煤同時吹入到爐內(nèi)時，由于生物質(zhì)焦的燃燒速度快，因而借助生物質(zhì)焦的燃燒熱，粉煤被加熱，可以提高粉煤的燃燒性。通過提高輔助還原材的揮發(fā)成分濃度，燃燒率提高、未燃炭的生成減少。進而，爐內(nèi)的CO2和H2O的消耗負荷減輕。因而，將揮發(fā)成分濃度低的粉煤從高爐風口吹入來作為輔助還原材用于高爐操作時，將生物質(zhì)干餾為特定的揮發(fā)成分濃度，制成生物質(zhì)焦后進行粉碎，按照粉煤與生物質(zhì)焦的合計揮發(fā)成分濃度為特定濃度以上的方式進行混合，將粉煤與生物質(zhì)焦同時吹入，從而可以提高低揮發(fā)成分煤的燃燒率。通過同時吹入粉煤與生物質(zhì)焦，只要在爐內(nèi)呈混合狀態(tài)時的揮發(fā)成分濃度為特定的濃度以上即可，不必一定要預先混合后再吹入。作為粉煤與生物質(zhì)焦的合計的特定揮發(fā)成分濃度，例如可以采用通常在高爐中使用的粉煤的揮發(fā)成分濃度。特別優(yōu)選按照粉煤與生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上的方式從風口進行吹入。粉煤與生物質(zhì)焦的合計揮發(fā)成分濃度為10質(zhì)量％以上的情況下，可以確保加和性以上的燃燒率。揮發(fā)成分濃度越高則燃燒性越高，因而優(yōu)選；但在本發(fā)明中，將揮發(fā)成分的合計濃度為50質(zhì)量％以下規(guī)定為適宜范圍。這是由于，通常作為粉煤使用的煤的揮發(fā)成分濃度為50質(zhì)量％以下，在粉煤比例多的情況下，將揮發(fā)成分的合計濃度調(diào)整為超過50質(zhì)量％本身就很困難。另一方面，在不對生物質(zhì)進行干餾而使用的情況下，揮發(fā)成分濃度高，為70質(zhì)量％左右，碳成分為50質(zhì)量％以下。因而，在將生物質(zhì)與粉煤一同使用的情況下，在提高揮發(fā)成分濃度方面是有效的。但是，在將生物質(zhì)作為粉煤替代物來使用的情況下，使碳成分低至50質(zhì)量％以下時，焦炭置換率降低，因而不適于作為粉煤替代物使用，使用生物質(zhì)焦是有效的。例如，在向粉煤(揮發(fā)成分濃度8. 50質(zhì)量％ )中混合6質(zhì)量％以上的生物質(zhì)焦(揮發(fā)成分濃度40. 09質(zhì)量％ )的情況下，合計揮發(fā)成分濃度為10質(zhì)量％以上，可以得到根據(jù)加和性預測的預測值以上的高燃燒率。更希望的是，優(yōu)選按照粉煤與生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分的合計濃度為15質(zhì)量％以上的方式從風口進行吹入。粉煤與生物質(zhì)焦的合計揮發(fā)成分濃度為15質(zhì)量％以上的情況下，可以進一步增大可確保加和性以上的燃燒率的比例。最優(yōu)選揮發(fā)成分的合計濃度為15質(zhì)量％以上、50質(zhì)量％以下。在制造生物質(zhì)焦時，作為生物質(zhì)的干餾條件，優(yōu)選在300°C以上的溫度進行干餾。通過進行300°C以上的干餾，可以除去水分，熱值也可與煤為同等程度。通過調(diào)整干餾時的溫度或者停留時間，可以將生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分濃度調(diào)整為特定濃度。干餾溫度優(yōu)選為600°C以下。干餾溫度若超過600°C，則生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分濃度為10質(zhì)量％左右，可能難以通過與粉煤混合而將揮發(fā)成分濃度調(diào)整為15%以上。生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分濃度優(yōu)選為25質(zhì)量％以上。生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分濃度為25質(zhì)量％以下的情況下，可能會難以確保加和性以上的燃燒率。生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分濃度優(yōu)選為50質(zhì)量％以下。這是由于，對于揮發(fā)成分濃度超過50質(zhì)量％的生物質(zhì)焦而言，其干餾未得到充分進行，在微粉碎工序中單位時間的粉碎處理量可能會顯著降低。在進行生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤從風口的吹入中，生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的比例以質(zhì)量比例計優(yōu)選為生物質(zhì)焦的粉碎物粉煤=6 50 94 50。上述中，生物質(zhì)焦的粉碎物的比例優(yōu)選為6質(zhì)量％以上的理由如下所述。作為適于以粉煤的形式進行混合來使用的通常的生物質(zhì)焦，假設(shè)為對生物質(zhì)在干餾溫度300°C進行處理而成的生物質(zhì)焦。在干餾溫度300°C處理后的生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分濃度為40質(zhì)量％左右，并且碳成分為70質(zhì)量％左右，適于作為粉煤替代物來使用。通常使用的粉煤中，揮發(fā)成分濃度低的粉煤的揮發(fā)成分濃度會低于10質(zhì)量％，因而為了使混合后的揮發(fā)成分濃度為10質(zhì)量％以上，優(yōu)選混合6質(zhì)量％以上的生物質(zhì)焦的粉碎物。并且，生物質(zhì)焦的粉碎物的比例優(yōu)選為50質(zhì)量％以下的理由如下所述。在生鐵年產(chǎn)量為500萬噸的高爐中，若假設(shè)為相對于每I噸生鐵吹入100 200kg粉煤的情況，則一年的粉煤用量為50 100萬噸。若對利用生物質(zhì)焦來置換粉煤的50質(zhì)量％的情況進行研究，則一年需要25 50萬噸的生物質(zhì)焦。此處，若假定由生物質(zhì)制造生物質(zhì)焦的情況下的碳化物收率為20質(zhì)量％，則一年需要125 250萬噸的生物質(zhì)原料，這種情況下，使用林地殘木等木質(zhì)系生物質(zhì)、河岸地等處產(chǎn)生的草本系生物質(zhì)、下水污泥、食品廢棄物等各種生物質(zhì)原料。在使用這樣的多種多樣的生物質(zhì)的情況下，根據(jù)原料種類的不同，所制造的生物質(zhì)焦的性狀除為粉碎性以外，在成分等方面也是各有不同的；而通過與粉煤混合進行使用，即使將生物質(zhì)焦混合至50質(zhì)量％左右進行使用，混合物的性狀也穩(wěn)定，因而能夠充分用于高爐中。與由多種多樣的生物質(zhì)原料制造出的生物質(zhì)焦相比較，作為粉煤，優(yōu)選使用固定碳、揮發(fā)成分、灰分等構(gòu)成元素的含有比例的偏差小的物質(zhì)。更優(yōu)選生物質(zhì)焦的粉碎物粉煤=20 50 80 50。
生物質(zhì)焦的粉碎物的比例更優(yōu)選為20質(zhì)量％以上的理由如下所示。根據(jù)粉煤和生物質(zhì)焦各自的燃燒氣化率并在加和性成立的前提下將所求得的混合物的燃燒氣化率設(shè)為A、將實測的混合物的燃燒氣化率設(shè)為B，將超過加和性、燃燒氣化率提高的比例定為C = (B-A)/AX 100。下述的實施例中，本發(fā)明例I 3中的C經(jīng)計算為4以上，但本發(fā)明例4和5中為2以下。對于這一點，在下述所示的圖6的圖中，作為實測的燃燒氣化率在圖中的位置與加和性成立的情況(虛線)的乖離幅度，能夠在視覺上識別出。即，本發(fā)明例3中示例出的生物質(zhì)焦的粉碎物為20質(zhì)量％以上的混合物中，C值大，也即超出加和性的燃燒氣化率的提高顯著，因而更優(yōu)選生物質(zhì)焦的粉碎物為20質(zhì)量％以上的混合物。生物質(zhì)焦的粉碎物具有25質(zhì)量％以上、50質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分的情況下，對于生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的比例，優(yōu)選將其比例調(diào)整為生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上、50質(zhì)量％以下。將生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的混合物的揮發(fā)成分比例的混合比例進行變更的情況的示例列于表I。[表1]
權(quán)利要求
1.一種高爐操作方法，其為將粉煤作為輔助還原材從風口吹入的高爐操作方法，在該方法中， 對生物質(zhì)進行干餾，將所得到的生物質(zhì)焦粉碎，生成所述生物質(zhì)焦的粉碎物； 將所述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤從所述風口吹入。
2.如權(quán)利要求I所述的高爐操作方法，其中，所述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的吹入包括將粉煤與生物質(zhì)焦混合后從風口進行吹入。
3.如權(quán)利要求I所述的高爐操作方法，其中，所述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的吹入包括由風口內(nèi)的生物質(zhì)焦粉碎物吹入槍和粉煤吹入槍將生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤吹入。
4.如權(quán)利要求I所述的高爐操作方法，其中，以使生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上的方式從風口進行吹入。
5.如權(quán)利要求4所述的高爐操作方法，其中，所述揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上且50質(zhì)量％以下。
6.如權(quán)利要求5所述的高爐操作方法，其中，所述揮發(fā)成分的合計濃度為15質(zhì)量％以上且50質(zhì)量％以下。
7.如權(quán)利要求I所述的高爐操作方法，其中，所述生物質(zhì)焦的粉碎物具有25質(zhì)量％以上且50質(zhì)量％以下的揮發(fā)成分。
8.如權(quán)利要求I所述的高爐操作方法，其中，所述生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤的吹入包括按照以質(zhì)量比例計生物質(zhì)焦的粉碎物粉煤=6 50 94 50的比例從風口吹入生物質(zhì)焦的粉碎物與粉煤。
9.如權(quán)利要求8所述的高爐操作方法，其中，所述生物質(zhì)焦的粉碎物粉煤為20 50 80 50的比例。
10.如權(quán)利要求I所述的高爐操作方法，其中，所述生物質(zhì)焦的粉碎物的粒度為，74μπι以下的粉碎物占80質(zhì)量％以上。
全文摘要
本發(fā)明提供高爐的操作方法，其解決了在高爐操作中將粉煤作為輔助還原材進行利用時的課題，可通過使用生物質(zhì)替代粉煤而對CO2排出量的削減做出貢獻。本發(fā)明中使用一種高爐操作方法，其特征在于，在將粉煤作為輔助還原材從風口吹入的高爐操作中，利用(2)對生物質(zhì)(1)進行干餾，將所得到的生物質(zhì)焦(3)粉碎，與粉煤(4)同時從風口吹入。優(yōu)選將粉煤與生物質(zhì)焦利用混合裝置(5)進行混合后從風口吹入、按照粉煤與生物質(zhì)焦的揮發(fā)成分的合計濃度為10質(zhì)量％以上的方式從風口進行吹入。
文檔編號C21B5/00GK102666881SQ201080048910
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者淺沼稔, 藤林晃夫, 鶴田秀和 申請人:杰富意鋼鐵株式會社