Способ эксплуатации доменной печи
Владельцы патента RU 2784932:
НИППОН СТИЛ КОРПОРЕЙШН (JP)
НИППОН СТИЛ ИНДЖИНИРИНГ КО., ЛТД. (JP)
КАБУСИКИ КАЙСЯ КОБЕ СЕЙКО СЕ (КОБЕ СТИЛ, ЛТД.) (JP)
ДжейЭфИ СТИЛ КОРПОРЕЙШН (JP)
Изобретение относится к способу регулирования вдувания восстановительного газа, включающего атомы водорода и атомы углерода, в доменную печь. Способ включает получение корреляции между потреблением углерода в восстановительном газе и уменьшением InputΔC в удельном потреблении углерода, вызванном вдуванием упомянутого восстановительного газа в доменную печь, в соответствии с молярным отношением C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе, определение расхода углерода в восстановительном газе, когда уменьшение InputΔC в удельном расходе углерода является заданным целевым значением или выше, на основе корреляции полученной для C/H; и регулировку количества восстановительного газа, вдуваемого в доменную печь, на основе определенного расхода углерода в восстановительном газе и доли углерода в восстановительном газе. Изобретение позволяет уменьшить расход восстановительного материала и уменьшить выбросы CO2. 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл., 2 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации доменной печи.
Приоритет испрашивается по заявке на патент Японии №2019-026220, поданной 18 февраля 2019 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДШЕСТВУЮШИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В сталелитейной промышленности доменный процесс является основным направлением для осуществления процесса выплавки стали. В доменном процессе железосодержащие материалы для доменной печи (сырье, включающее оксид железа; в основном спеченные руды; в дальнейшем просто именуемые "железосодержащие материалы") и кокс поочередно загружают слоями в доменную печь с верхней части доменной печи, и горячее дутье вдувают в доменную печь через фурмы в нижней части доменной печи. Горячее дутье вступает в реакцию с пылевидным углем, вдуваемым вместе с горячим дутьем, и с коксом в доменной печи, так что в доменной печи образуется высокотемпературный восстановительный газ (в данном случае в основном газообразный CO). То есть горячее дутье газифицирует кокс и пылевидный уголь в доменной печи. Восстановительный газ поднимается в доменной печи и восстанавливает железосодержащий материал при нагревании железосодержащих материалов. Железосодержащие материалы нагреваются и восстанавливаются восстановительным газом, опускаясь в доменной печи. Далее, железосодержащие материалы расплавляются и падают в доменной печи при дальнейшем восстановлении коксом. В конце концов, железосодержащие материалы накапливаются в горне в виде расплавленного железа (чугуна), содержащего примерно 5 мас.% углерода. Расплавленное железо из горна извлекают через летку и используют для следующего процесса выплавки стали. Соответственно, в доменном процессе в качестве восстановительного материала используют углеродный материал, такой как кокс или пылевидный уголь.
[0003] Между тем в последнее время глобальное потепление стало социальной проблемой, и в качестве контрмеры против глобального потепления было заявлено сокращение выбросов диоксида углерода (газообразного CO2), который является одним из газов с парниковым эффектом. Как описано выше, в доменном процессе большое количество чугуна получают с использованием углеродного материала в качестве восстановительного материала. Поэтому образуется большое количество CO2. Соответственно, сталелитейная промышленность является основной отраслью в отношении выбросов газообразного CO2 и должна удовлетворять требованиям общества. В частности, дополнительное уменьшение расходуемого восстановительного материала (количество восстановительного материала, используемого на тонну расплавленного железа), настоятельно требуется в работе доменной печи. В частности, расход восстановительного материала относится к общей массе кокса и пылевидного угля, необходимой для производства одной тонны расплавленного железа и, (если восстановительный газ вдувается через фурму), восстановительный газ (описанный ниже, вдуваемый через фурму).
[0004] Восстановительный материал выполняет функцию нагревающих материалов, загружаемых в печь в качестве источника тепла, и функцию восстановления железосодержащего материала в печи, при этом необходимо повысить эффективность восстановления в печи для уменьшения расхода восстановительного материала. Реакции восстановления в печи могут быть представлены различными уравнениями реакций. Среди этих реакций восстановления реакция прямого восстановления коксом (уравнение реакции: FeO+C→Fe+Co) является эндотермической реакцией, сопровождающейся высоким поглощением тепла. Соответственно, чтобы уменьшить расход восстановительного материала, важно, насколько возможно, подавить возникновение реакции прямого восстановления. Причина этого заключается в том, что, по возможности, подавляя протекание реакции прямого восстановления, можно уменьшить количество кокса и восстановительного материала, используемого в качестве источника тепла, необходимого для реакции прямого восстановления. Реакция прямого восстановления происходит в нижней части доменной печи. Следовательно, поскольку железосодержащие материалы могут быть в достаточной степени восстановлены восстановительным газом, таким как CO или H2, до тех пор, пока железосодержащие материалы не достигнут нижней части печи, могут быть уменьшены железосодержащие материалы в качестве цели реакции прямого восстановления.
[0005] В качестве методов для решения вышеописанной проблемы в предшествующем уровне техники, например, как описано в патентных документах 1-3, известен способ повышения восстановительного потенциала газа в печи путем вдувания восстановительного газа (например, коксового газа COG (coke oven gas), сжиженного природного газа LPG или газообразного метана), включающих в себя углерод, вместе с горячим дутьем из фурмы. В этом способе углерод в восстановительном газе, выдуваемом из фурмы, преобразуется в газообразный СО в доменной печи для восстановления железосодержащих материалов. В результате, количество железосодержащих материалов как цели реакции прямого восстановления может быть уменьшено. В последующем описании, если не указано иное, "углерод" и "водород" представляют "атом углерода" и "атом водорода", соответственно.
[0006]
[Патентный документ 1] Патент Японии №6019893
[Патентный документ 2] Патент Японии №5070706
[Патентный документ 3] не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №6019893, первая публикация №2007-169750
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Однако, когда количество восстановительного газа, включающего в себя вдуваемый углерод (его количество, вдуваемое на тонну расплавленного железа), увеличивается, количество углерода, подаваемого в доменную печь, увеличивается вместе с увеличением количества вдуваемого восстановительного материала. Вместе с увеличением объема восстановительного газа изменяется коэффициент использования газообразного СО в доменной печи. Когда объем восстановительного газа чрезмерно увеличивается, большая часть восстановительного газа выводится без его использования в печи. Соответственно, когда только количество вдуваемого восстановительного газа увеличивается, углерод в восстановительном газе выводится без его использования для восстановления, так что может увеличиться расход восстановительного материала или могут увеличиться выбросы CO2.
[0008] Таким образом, настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанных проблем и целью настоящего изобретения является создание нового и улучшенного способа эксплуатации доменной печи, в котором может быть получен желаемый эффект уменьшения расхода восстановительного материала.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0009] Для достижения цели авторы настоящего изобретения определили параметра InputΔC уменьшения для удельного расхода углерода, вызываемого вдуванием восстановительного газа в доменную печь. В настоящем документе удельный расход углерода InputC (кг/т чугуна) относится к количеству углерода, потребляемому на тонну расплавленного железа (чугуна), и, более конкретно, относится к общей массе кокса, пылевидного угля и углерода в восстановительном газе, выдуваемом из фурмы, необходимой для производства одной тонны расплавленного железа. В частности, InputC вычисляют из следующего числового выражения (1).
[0010] InputC (кг/т чугуна) = Расход кокса (кг/т чугуна) × Доля углерода (мас.%) в коксе + Расход пылевидного угля (кг/т чугуна) × Доля углерода (мас.%) в пылевидном угле + Расход используемого восстановительного газа (Нм3/т чугуна) × Доля углерода (кг/Нм3) в восстановительном газе (1).
[0011] В настоящем документе расход кокса и расход пылевидного угля относятся к количествам кокса и пылевидного угля, использованных на тонну расплавленного железа. Расход используемого восстановительного газа относится к объему восстановительного газа на тонну расплавленного железа. Доля углерода в коксе относится к мас.% углерода по отношению к общей массе кокса, а доля углерода в пылевидном угле относится к мас.% углерода по отношению к общей массе пылевидного угля. Доля углерода в восстановительном газе относится к содержанию углерода в единице объема восстановительного газа. В численном выражении (1) объем (Нм3/т чугуна) восстановительного газа, вдуваемого для получения одной тонны расплавленного железа, использовали в качестве расхода используемого восстановительного газа, а содержание углерода (кг/Нм3) в единице объема восстановительного газа использовали в качестве доли углерода в восстановительном газе. Однако массу (кг/т чугуна) восстановительного газа, вдуваемого для получения одной тонны расплавленного железа, использовали в качестве расхода используемого восстановительного газа, а в качестве доли углерода в восстановительном газе использовали мас.% углерода по отношению к общей массе восстановительного газа.
[0012] InputΔC можно определить, например, как долю снижения (в процентах, %) удельного потребления углерода (Input C) операции, при которой заданное количество восстановительного газа вдувают относительно базовой работы. При базовой работе, например, могут быть установлены условия работы, при которых восстановительный газ не вдувают. Когда InputC базовой работы представлен как A (кг/т чугуна), а InputC работы, при которой вдувают заданное количество восстановительного газа, представлен как B (кг/т чугуна), InputΔC представлен следующим численным выражением (2). Конечно, уменьшение InputΔC в удельном потреблении углерода не ограничивается значением, представленным следующим численным выражением (2), и может быть значением, представляющим степень уменьшения удельного потребления углерода по отношению к базовой работе. Например, InputΔC может быть разницей (A-B) между A и B.
InputΔC = (A-B)/A×100 (%) (2)
[0013] InputΔC является параметром, соответствующим расходу восстановительного материала, и когда InputΔC возрастает, то возрастает уменьшение в расходе восстановительного материала по отношению к базовой работе. Как подробно описано ниже в примерах, авторы настоящего изобретения вычислили InputΔC относительно количеств множества вдуваемых восстановительных газов, путем моделирования эксплуатации доменной печи при изменении типа восстановительного газа и количества вдуваемого восстановительного газа (количество восстановительного газа, вдуваемого на тонну расплавленного железа). В результате, пока количество вдуваемого восстановительного газа мало, InputΔC увеличивается вместе с увеличением количества вдуваемого восстановительного газа. Однако было установлено, что, когда количество вдуваемого восстановительного газа далее увеличивается, то увеличение InputΔC снижается, и InputΔC начинает уменьшаться.
[0014] Таким образом, авторы настоящего изобретения провели исследование параметров, которые влияют на InputΔC или расход восстановительного материала. Во-первых, авторы настоящего изобретения сосредоточились на количестве водорода, подаваемого (Нм3/т чугуна) в доменную печь на тонну расплавленного железа. Водород, представленный в настоящем документе, относится к водороду, подаваемому во фронт (перед) фурмы, и включает в себя не только водород в восстановительном газе, но и водород в гигроскопической влаге воздуха и водород в пылевидном угле. Авторы настоящего изобретения изменяли количество подаваемого водорода, изменив тип восстановительного газа и количество вдуваемого восстановительного газа, и получили корреляцию между количеством подаваемого водорода и степенью водородного восстановления (%) в это время посредством моделирования эксплуатации доменной печи. В настоящем документе моделирование эксплуатации доменной печи было выполнено с использованием того же метода, что и в примере 1 ниже. Степень водородного восстановления определяют как долю оксида железа, восстановленного водородом, в оксиде железа, поданном в печь, и сумма степени восстановления CO (доля оксида железа, восстановленного газообразным CO) и степени прямого восстановления (доля оксида железа, восстановленного путем прямого восстановления с помощью C) составляет 100%. Результаты показаны на фиг.2. На фиг.2 в качестве восстановительного газа использовали коксовый газ (COG), природный газ (NG) и смешанный газ из коксового газа и газообразного водорода. В настоящем документе во время смешивания коксового газа и газообразного водорода для смешанного газа, COG:H2=1:1,43, если общее количество водорода, подаваемого в печь, составляет ≈270 Нм3/т чугуна, и COG:H2=1:2,28, если общее количество водорода, подаваемого в печь, составляет ≈340 Нм3/т чугуна. При базовой работе восстановительный газ не вдували. В результате можно видеть, что, независимо от типа восстановительного газа, так как увеличивается количество подаваемого водорода, степень водородного восстановления (%) по существу монотонно возрастает. Когда железосодержащие материалы восстановлены полностью, сумма степени водородного восстановления, степени восстановления СО и степени прямого восстановления составляет 100%, и существует соотношение, при котором, поскольку увеличивается степень водородного восстановления степень прямого восстановления (или степень восстановления СО) уменьшается. Фиг.3 в это время показывает степень прямого восстановления. В этом испытании, поскольку количество подаваемого водорода увеличивается, степень водородного восстановления монотонно возрастает, степень прямого восстановления монотонно уменьшается, при этом InputΔC монотонно увеличивается вместе с увеличением количества подаваемого водорода. Следовательно, специфическое поведение, при котором увеличение InputΔC снижается вместе с увеличением количества подаваемого водорода, а InputΔC начинает уменьшаться, маловероятно. Соответственно, было обнаружено, что количество подаваемого водорода не является параметром, влияющим на поведение InputΔC или расход восстановительного материала.
[0015] Далее, авторы настоящего изобретения сосредоточились на потреблении углерода, подаваемого в доменную печь вместе с восстановительным газом, выдуваемым из фурмы. В настоящем документе потребление углерода, подаваемого в доменную печь вместе с восстановительным газом, представляет собой значение, полученное путем умножения доли углерода (кг/Нм3) в восстановительном газе на объем восстановительного газа (Нм3/т чугуна) на тонну расплавленного железа. В дальнейшем в настоящем документе потребление углерода, подаваемого в доменную печь вместе с восстановительным газом, также будет называться как "потребление углерода в восстановительном газе".
[0016] Авторы настоящего изобретения вычислили InputΔC, путем проведения моделирования эксплуатации доменной печи при изменении потребления углерода в восстановительном газе и типа восстановительного газа, как подробно описано ниже в примерах. В результате, авторы настоящего изобретения обнаружили, что существует корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе.
[0017] Авторы настоящего изобретения провели исследование корреляции между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе и выяснили, что корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе имеет тенденцию изменяться между случаем, когда молярное отношение C/H атомов углерода и атомов водорода в восстановительном газе составляет 0,15 или выше, и случаем, когда C/H ниже 0,15. Более конкретно, если C/H в восстановительном газе составляет 0,15 или выше, корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе однозначно определяется независимо от типа восстановительного газа (другими словами, независимо от C/H в восстановительном газе). С другой стороны, когда C/H в восстановительном газе ниже 0,15, корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе изменяется в зависимости от C/H в восстановительном газе. Следует отметить, что во всех случаях корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе представлена графиком, образующим выпуклую вверх кривую (то есть, если потребление углерода в восстановительном газе составляет заданное значение, то отображается максимальное значение).
[0018] Соответственно, путем получения корреляции между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе заранее от C/H в восстановительном газе, потребление углерода в восстановительном газе может быть определено таким образом, что InputΔC является заранее заданным целевым значением или выше на основе корреляции. К тому же количество восстановительного газа, вдуваемого в доменную печь, можно регулировать на основе определенного потребления углерода в восстановительном газе и доли углерода в восстановительном газе. В результате, может быть получен желаемый InputΔC (то есть InputΔC, который является целевым значением или выше). То есть может быть получен желаемый эффект уменьшения расхода восстановительного материала, и дополнительно расход восстановительного материала может быть уменьшен более надежно. Кроме того, в соответствии с этой корреляцией, если потребление углерода в восстановительном газе составляет заданное значение, InputΔC показывает максимальное значение (конкретный график будет описан ниже). Соответственно, если потребление углерода в восстановительном газе определяют таким образом, что InputΔC близко к максимальному значению, расход восстановительного материала может быть более эффективно снижен. Кроме того, путем получения корреляции от C/H в восстановительном газе, количество вдуваемого восстановительного газа может быть определено на основе корреляции, соответствующей C/H в восстановительном газе. Авторы настоящего изобретения завершили настоящее изобретение на основе вышеописанных выводов.
[0019] Краткое изложение настоящего изобретения заключается в следующем.
[0020] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен способ эксплуатации доменной печи, в котором восстановительный газ, включающий в себя атомы водорода и атомы углерода, вдувают в доменную печь, причем способ включает в себя: получение корреляции между потреблением углерода в восстановительном газе и уменьшением InputΔC в удельном потреблении углерода, вызванном вдуванием восстановительного газа в доменную печь, от молярного отношения C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе; определение потребления углерода в восстановительном газе, где уменьшение InputΔC в удельном потреблении углерода является заданным целевым значением или выше на основе корреляции, полученной от C/H; и регулирование количества восстановительного газа, вдуваемого в доменную печь, на основе определенного потребления углерода в восстановительном газе и доли углерода в восстановительном газе.
[0021] В настоящем документе молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе может составлять 0,15 или выше.
[0022] Кроме того, корреляция может быть представлена квадратичным выражением потребления углерода в восстановительном газе.
[0023] Кроме того, корреляция может быть представлена с помощью Y=a1X2+b1X+c1 (где X представляет потребление углерода в восстановительном газе, Y представляет уменьшение InputΔC в удельном потреблении углерода, при этом все коэффициенты a1, b1 и c1 представляют значения, которые не зависят от молярного отношения C/H).
[0024] Кроме того, потребление углерода в восстановительном газе может быть установлено в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 107 кг/т чугуна.
[0025] Кроме того, потребление углерода в восстановительном газе может быть установлено в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 65 кг/т чугуна.
[0026] Кроме того, молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе может быть выше 0 и ниже 0,15.
[0027] Кроме того, молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе может составлять 0,13 или ниже.
[0028] Кроме того, молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе может составлять 0,10 или ниже.
[0029] К тому же корреляция может быть представлена Y=a2X2+b2X+c2 (где X представляет потребление углерода в восстановительном газе, Y представляет уменьшение InputΔC в удельном потреблении углерода, и, по меньшей мере, один из коэффициентов a2, b2 и c2 представляет функцию, включающую в себя молярное отношение C/H в качестве переменной).
[0030] К тому же, когда восстановительный газ вдувается в доменную печь, температура пламени может быть отрегулирована, чтобы она была 2000°C или выше.
[0031] К тому же для регулировки температуры пламени на 2000°C или выше может быть скорректировано, по меньшей мере, одно из объема дутья или коэффициента обогащения дутья кислородом при горячем дутье.
[0032] Кроме того, восстановительный газ может быть выбран из группы, состоящей из коксового газа, природного газа, подвергнутого риформингу колошникового газа (BFG, blast-furnace gas), коммунального газа, смешанного из них газа, а также водородного смешанного газа, полученного путем смешивания с ними газообразного водорода.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] В соответствии с аспектом настоящего изобретения может быть получен желаемый эффект уменьшения расхода восстановительного материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0034] Фиг.1 представляет собой график, показывающий корреляцию между InputΔC и потреблением углерода (кг/т чугуна) в восстановительном газе от C/H в восстановительном газе.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий зависимость между степенью водородного восстановления и количеством водорода, подаваемого (Нм3/т чугуна) в доменную печь на тонну расплавленного железа.
Фиг.3 представляет собой график, показывающий зависимость между степенью прямого восстановления и количеством водорода, подаваемого (Нм3/т чугуна) в доменную печь на тонну расплавленного железа.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0035] Далее в настоящем документе будет подробно описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В следующем варианте осуществления диапазон числовых ограничений, представленный с использованием "до", относится к диапазону, включающему в себя числовые значения до и после "до" в качестве нижнего предела и верхнего предела. Числовое значение, показанное вместе с "больше" или "меньше", не входит в числовой диапазон.
[0036] 1. Корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе
Во-первых, корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе, выдуваемом из фурмы (в дальнейшем корреляция будет также называться как "корреляция ΔC-восстановительный газ") будет описана на основе фиг.1. На фиг. 1 вертикальная ось (ось y) представляет InputΔC(%), а горизонтальная ось (ось x) представляет потребление углерода (кг/т чугуна) в восстановительном газе.
[0037]
В настоящем документе InputΔC можно определить как долю уменьшения удельного расхода углерода, вызванного вдуванием восстановительного газа в доменную печь. Если InputC базовой работы представлен с помощью A (кг/т чугуна), а InputC работы, в которой вдувается заданное количество восстановительного газа, представлен как B (кг/т чугуна), InputΔC представлен следующим численным выражением (2). Следует отметить, что InputΔC базовой работы на фиг.1 равно 0,0. Конечно, InputΔC не ограничивается будучи представленным следующим численным выражением (2). Например, разница (A-B) между A и B может быть получена как InputΔC.
InputΔC=(A-B)/A×100 (%) (2)
[0038] Потребление углерода в восстановительном газе относится к потреблению углерода, подаваемого в доменную печь с помощью восстановительного газа, выдуваемого из фурмы, как описано выше, и может быть получено путем умножения доли углерода (кг/Нм3) в восстановительном газе на объем восстановительного газа (Нм3/т чугуна) на тонну расплавленного железа.
[0039] Восстановительный газ вдувают в доменную печь из фурмы, предусмотренной в доменной печи. Восстановительный газ включает в себя восстановительные компоненты, которые восстанавливают железосодержащие материалы в доменной печи. В настоящем документе восстановительные компоненты согласно варианту осуществления включают в себя не только компонент (например, газообразный СО или газообразный водород), который может сам по себе восстанавливать железосодержащие материалы, но также компонент (например, газообразный СО2 или углеводородный газ), который может производить восстановительный газ посредством реакции в доменной печи (например, в реакции с коксом, пылевидным углем или т.п. или разложением).
[0040] Корреляцию ΔC-восстановительный газ, показанную на фиг.1, получают путем проведения, например, моделирования эксплуатации доменной печи. Как моделирование эксплуатации доменной печи может использоваться, например, так называемая "Blast Furnace Mathematical Model" Kouji TAKATANI, Takanobu INADA, Yutaka UJISAWA, "Three-dimensional Dynamic Simulator for Blast Furnace", ISIJ International, Vol. 39 (1999), No.1, p.15 to 22. В этой математической модели доменной печи внутренняя область доменной печи разделена в направлении высоты, радиальном направлении, а также окружном направлении, для определения множества ячеек (небольших областей), при этом моделируется поведение каждой из ячеек. Краткое описание моделирования эксплуатации доменной печи выглядит следующим образом. То есть моделирование эксплуатации доменной печи выполняют с использованием различных случаев, когда C/H в восстановительном газе и количество вдуваемого восстановительного газа (его количество, вдуваемое на тонну расплавленного железа) отличаются друг от друга. Случаи также включают в себя базовую работу (случай, когда объем уменьшающегося газа равен 0). При этом условия эксплуатации регулируют таким образом, чтобы температура пламени и температура расплавленного железа были как можно более постоянными в этих случаях. Например, может быть скорректировано, по меньшей мере, одно из объема дутья или коэффициента обогащения дутья кислородом при горячем дутье. В настоящем документе температура пламени относится к внутрипечной температуре в концевой части наконечника фурмы на внутренней части печи, и также будет называться "температура наконечника фурмы". В реальной работе температуру пламени вычисляют как теоретическую температуру горения в наконечнике фурмы в соответствии с уравнением Ламма (Lamm), описанным в "Ironmaking Handbook" (Chijinshokan Co., Ltd.), Akitoshi SHIGEMI. Горячее дутье, вдуваемое в доменную печь, представляет собой газ, содержащий воздух. Горячее дутье может содержать гигроскопичную влагу и быть обогащенным кислородом, в дополнение к воздуху. Схематически, коэффициент обогащения дутья кислородом относится к объемной доле кислорода в горячем дутье по отношению к общему объему горячего дутья и представлен как "Коэффициент обогащения дутья кислородом (%)={(Объем дутья [Нм3/мин]×0,21+Количество обогащающего кислорода [Нм3/мин] /(Объем дутья [Нм3/мин]+Количество обогащающего кислорода [Нм3/мин])}×100-21. К тому же, регулирование вышеописанных факторов или вместо него, по меньшей мере, одного из расхода кокса или пылевидного угля можно скорректировать. В результате, в каждом конкретном случае получают InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе. Кстати, точка, представляющая InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в каждом из случаев, нанесена на плоскость xy, показанную на фиг.1. Точки P1-P8 являются примерами нанесенных точек. Построенную по точкам кривую каждого из участков получают с использованием метода аппроксимации, такого как метод наименьших квадратов или т.п. Эти построенные по экспериментальным точкам кривые образуют график, показывающий корреляцию ΔC-восстановительный газ. Графики L1-L5 являются примерами графика, показывающего корреляцию ΔC-восстановительный газ.
[0041] 1-1. Случай, когда C/H составляет 0,15 или выше
Как описано выше, корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе, то есть корреляция ΔC-восстановительный газ, имеет тенденцию изменяться между случаем, когда молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе составляет 0,15 или выше, и случаем, когда C/H ниже 0,15. Поэтому, во-первых, корреляция ΔC-восстановительный газ в случае, когда C/H составляет 0,15 или выше, будет описана на основе точек P1-P4 и графика L1.
[0042] В настоящем документе точка P1 представляет InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе при базовой работе (работа, когда восстановительный газ не вдувают), точки P2 и P4 представляют InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе при работе, когда вдувают коксовый газ (COG, C/H=0,186) в качестве восстановительного газа, а точка P3 представляет InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе при работе, когда вдувают природный газ (C/H=0,25) в качестве восстановительного газа. Точки P1-P3 были получены с использованием того же метода, что и в примере 1, описанном ниже. Точка P4 была получена с использованием того же метода, что и в примере 1, за исключением того, что температура пламени была установлена равной 2085°C или 2315°C. График L1 представляет собой график, показывающий построенную по экспериментальным точкам кривую из точек от P1 до P4, то есть корреляцию ΔC-восстановительный газ.
[0043] Примеры восстановительного газа, где C/H составляет 0,15 или выше, включают в себя COG, природный газ, коммунальный газ и т.п. Восстановительным газом может быть газ, полученный путем риформинга колошникового газа (BFG), (газ, полученный путем удаления водяного пара и газообразного CO2 из колошникового газа). Среди них предпочтителен восстановительный газ, включающий в себя углеводородный газ, то есть COG, природный газ, коммунальный газ или т.п. Когда используют этот восстановительный газ, углеводородный газ сжигается в печи для выработки тепла сгорания. Поэтому можно ожидать дополнительного уменьшения расхода восстановительного материала. Кроме того, на чугунолитейном заводе, где имеется коксовая печь, энергия может быть обеспечена от самого чугунолитейного завода путем использования COG. COG более предпочтителен по сравнению с другими восстановительными газами с точки зрения затрат. Верхний предел C/H особо не ограничивается и, например, может составлять 0,3 или менее.
[0044] Состав COG, использованный для получения данных точек P2 и P4, показан в таблице 1, а состав природного газа, использованного для получения данных точки P3, показан в таблице 2. Эти составы были определены с помощью газовой хроматографии, масс-спектрометра или т.п. Численные значения каждого из компонентов, показанные в таблицах 1 и 2, представляют собой молярное отношение (более конкретно, отношение молярных концентраций (моль/л)). Следует отметить, что C представляет собой долю углерода (кг/Нм3) в восстановительном газе. C/H в COG, имеющем состав, показанный в таблице 1 ниже, составляет 0,185. Пример расчета выглядит следующим образом.
(0,065+0,025+0,292+0,02×2+0,008×2)/(0,535×2+0,292×4+0,02×4+0,008×6)=0,185
[0045] К тому же, C/H природного газа, имеющего состав, показанный в таблице 2 ниже, составляет 0,271. Пример расчета выглядит следующим образом.
(0,85+0,03×2+0,12×2)/(0,85×4+0,03×4+0,12×6)=0,271
[0046] Таблица 1
| Пример состава коксового газа COG | ||||||||
| CO | CO2 | H2 | N2 | CH4 | C2H4 | C2H6 | C | C/H |
| (-) | (-) | (-) | (-) | (-) | (-) | (-) | (кг/Нм3) | (-) |
| 0,065 | 0,025 | 0,535 | 0,055 | 0,292 | 0,02 | 0,008 | 0,23 | 0,185 |
[0047] Таблица 2
| Пример состава природного газа | ||||
| CH4 | C2H4 | C2H6 | C | C/H |
| (-) | (-) | (-) | (кг/Нм3) | (-) |
| 0,85 | 0,03 | 0,12 | 0,62 | 0,271 |
[0048] Как можно видеть из фиг.1, точки P1-P4 присутствуют по существу на одном и том же графике L1. Соответственно, получая потребление углерода в восстановительном газе независимо от типа восстановительного газа (другими словами, независимо от C/H в восстановительном газе), InputΔC может быть определено однозначно. То есть InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе имеют корреляцию, которая не зависит от C/H, эта корреляция представлена графиком L1. Кроме того, когда принимается во внимание тот факт, что точка P4 присутствует на графике L1, можно сказать, что корреляция также не зависит от температуры пламени.
[0049] Поскольку график L1 представлен выпуклым вверх графиком, потребление углерода в восстановительном газе представляют квадратичным выражением. Например, график L1 представлен численным выражением Y=a1X2+b1X+c1. X представляет потребление углерода в восстановительном газе, а Y представляет InputΔC. Все коэффициенты a1, b1 и c1 представляют собой значения, которые не зависят от молярного отношения C/H. В примере на фиг.1 график L1 представлен численным выражением
Y=-0,0014X2+0,194X (то есть a1=-0,0014, b1=0,194, c1=0). Конечно, график L1 не ограничивается представлением этого численного выражения.
[0050] Согласно графику L1, если потребление углерода в восстановительном газе находится в диапазоне 65 кг/т чугуна или ниже, то InputΔC имеет положительную корреляцию с потреблением углерода в восстановительном газе, а если потребление углерода в восстановительном газе находится в диапазоне выше 65 кг/т чугуна, то InputΔC имеет отрицательную корреляцию с потреблением углерода в восстановительном газе. К тому же, если потребление углерода в восстановительном газе составляет примерно 65 кг/т чугуна, то InputΔC показывает максимальное значение. Соответственно, если потребление углерода в восстановительном газе определяется таким образом, что InputΔC близко к максимальному значению, то расход восстановительного материала может быть дополнительно уменьшен.
[0051] Более конкретно, когда потребление углерода в восстановительном газе находится в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 107 кг/т чугуна, InputΔC составляет приблизительно 4,0% или выше. В этом случае, например, предполагая, что расход восстановительного материала при базовой работе составляет от 375 кг/т чугуна до 500 кг/т чугуна, расход восстановительного материала уменьшается примерно на 15 кг/т чугуна-20 кг/т чугуна или более. Это уменьшение является существенным значением с учетом ежедневных колебаний расхода восстановительного материала, при этом можно ожидать эффективности снижения расхода восстановительного материала. Соответственно, потребление углерода в восстановительном газе составляет предпочтительно от 21 кг/т чугуна до 107 кг/т чугуна.
[0052] В настоящем документе, если потребление углерода в восстановительном газе составляет примерно 65 кг/т чугуна, InputΔC показывает максимальное значение, а если потребление углерода в восстановительном газе превышает 65 кг/т чугуна, то InputΔC начинает уменьшаться. То есть эффект от уменьшения InputC теряется. Например, предполагается, что причина этого заключается в том, что потребление углерода в восстановительном газе чрезмерно велико по сравнению с количеством, необходимым для внутрипечного восстановления, таким образом, что коэффициент использования газа уменьшается или что, хотя количество вдуваемого восстановительного газа увеличивается вместе с увеличением потребления углерода в восстановительном газе, при условии, что температура пламени постоянна, коэффициент обогащения дутья кислородом увеличивается вместе с увеличением количества вдуваемого восстановительного газа и количество газа, вдуваемого в доменную печь через воздухоподогреватель, уменьшается таким образом, что энтальпия сухого воздуха уменьшается или т.п. Соответственно, потребление углерода в восстановительном газе составляет более предпочтительно 65 кг/т чугуна или ниже, то есть от 21 кг/т чугуна до 65 кг/т чугуна. В этом случае InputΔC может быть сделано высоким (в частности, 4,0% или выше) при меньшем количестве вдуваемого восстановительного газа.
[0053] К тому же, если используют восстановительный газ, в котором доля углерода (кг/Нм3) низкая (в частности, восстановительный газ, в котором доля углерода ниже 0,6 кг/Нм3), то из-за ограничений эксплуатации может быть случай, когда потребление углерода в восстановительном газе составляет предпочтительно 65 кг/т чугуна или ниже. В дальнейшем в этом документе будет подробно описана причина этого.
[0054] При эксплуатации доменной печи необходимо, чтобы температура пламени поддерживалась на постоянном значении, которое равно заданному значению или выше него (здесь заданное значение изменяется в зависимости от различных факторов, но, вероятно, будет значение примерно 2000°C), насколько это возможно. Причина этого заключается в том, что, когда температура пламени ниже заданного значения, горючесть пылевидного угля снижается, и возникает проблема, в том, что, например, образуется несгоревший уголь и ухудшается внутрипечная проницаемость или в том, что только часть пылевидного угля, поданного в качестве восстановительного материала, может использоваться в качестве восстановительного газа (который образуется в печи) или т.п. Если доля углерода (кг/Нм3) в восстановительном газе, выдуваемом из фурмы, низкая, необходимо выдувать большое количество восстановительного газа, чтобы регулировать потребление углерода в восстановительном газе, чтобы оно было выше 65 кг/т чугуна. В результате, необходимо увеличивать коэффициент обогащения дутья кислородом при горячем дутье. Предполагается, что причина этого заключается в том, что, если коэффициент обогащения дутья кислородом не будет увеличен, может возникнуть ситуация, когда температура пламени не может поддерживаться на заданном значении или выше. Следует отметить, что поскольку коэффициент обогащения дутья кислородом увеличивается, доля кислорода в горячем дутье увеличивается таким образом, что вдувается чистый кислород. В это время коэффициент обогащения дутья кислородом достигает верхнего предела, и коэффициент обогащения дутья кислородом больше не может увеличиваться.
[0055] Например, когда потребление углерода в восстановительном газе регулируют до 83 кг/т чугуна с помощью COG, имеющего состав, показанный в таблице 1, необходимо вдувать COG при 350 Нм3/т чугуна. В этом случае, увеличивая коэффициент обогащения дутья кислородом, чтобы он был близок к верхнему пределу, температуру пламени можно поддерживать на заданном значении или выше. Однако, необходимо тщательно спроектировать рабочие элементы таким образом, чтобы температура пламени была очень близка к заданному значению, при этом необходимо тщательно контролировать элементы во время эксплуатации. Соответственно, работа может быть осуществлена, но для нее требуются время и усилия. Кроме того, если расход углерода в восстановительном газе составляет 95 кг/т чугуна, необходимо выдувать COG при 400 Нм3/т чугуна. В этом случае, даже если вдувают чистый кислород, то может возникнуть ситуация, когда температура пламени не может поддерживаться на заданном значении или выше. Если потребление углерода в восстановительном газе составляет 65 кг/т чугуна или ниже, то количество вдуваемого COG может быть сделано меньше 350 Нм3/т чугуна. Поэтому может быть задан допуск для коэффициента обогащения дутья кислородом и температуры пламени. Соответственно, если используют восстановительный газ, в котором доля углерода (кг/Нм3) низкая (в частности, восстановительный газ, в котором доля углерода ниже 0,6 кг/Нм3), потребление углерода в восстановительном газе составляет предпочтительно 65 кг/т чугуна или ниже.
[0056] С другой стороны, если используют природный газ (доля углерода составляет 0,6 кг/Нм3 или выше), показанный в таблице 2, то в основном, описанные выше ограничения отсутствуют. Например, даже если потребление углерода в восстановительном газе составляет 100 кг/т чугуна, что намного выше, чем 65 кг/т чугуна, количество вдуваемого восстановительного газа должно составлять всего лишь примерно 170 Нм3/т чугуна. В этом случае, хотя речь идет об уменьшении температуры пламени, температуру пламени можно сделать равной заданному значению или выше за счет увеличения коэффициента обогащения дутья кислородом. Соответственно, потребление углерода в восстановительном газе может быть выше 65 кг/т чугуна.
[0057]
По вышеописанным причинам точка P2 отображена в диапазоне 65 кг/т чугуна или ниже, но точка P3 отображена в более широком диапазоне.
[0058] В условиях эксплуатации, исключая изменение условий, описанных выше условий, корреляция ΔC-восстановительный газ может незначительно отклоняться от графика L1. Однако даже в этом случае считают, что нет существенного колебания в предпочтительном диапазоне потребления углерода в восстановительном газе.
[0059] 1-2. Случай, когда C/H ниже 0,15
Кстати, во-первых, корреляция ΔC-восстановительный газ в случае, когда C/H ниже 0,15, будет описана на основе точек P1 и P5-P8 и графиков L2-L5. Здесь точка P5 представляет InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в случае, если C/H в восстановительном газе составляет 0,054, точка P6 представляет собой InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в случае, если C/H в восстановительном газе составляет 0,097, точка P7 представляет InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в случае, если C/H в восстановительном газе составляет 0,137, и точка P8 представляет InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в случае, если C/H в восстановительном газе составляет 0,137, и точка P8 представляет InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в случае, когда C/H в восстановительном газе составляет 0,02. Точки P5-P8 были получены с использованием того же метода, что и в примере 2, описанном ниже. Графики L2-L5 являются графиками, показывающими построенные по экспериментальным точкам кривые с точками от P5 до P8, то есть корреляции ΔC- восстановительный газ, соответственно.
[0060] Авторы настоящего изобретения провели исследование восстановительного газа (например, COG, природного газа, коммунального газа и т.п.) в предшествующем уровне техники, и C/H в большей части восстановительных газов составляло 0,15 или выше. Следовательно, восстановительный газ, в котором C/H ниже 0,15, может быть получен, например, путем смешивания газообразного водорода с восстановительным газом, в котором C/H составляет 0,15 или выше. Восстановительный газ, в котором примешан газообразный водород, может быть любым, если это восстановительный газ, в котором C/H составляет 0,15 или выше, и примеры этого включают COG, природный газ, колошниковый газ, коммунальный газ и т.п. К тому же, способ получения восстановительного газа необязательно ограничивается этим способом. Например, восстановительный газ, в котором C/H ниже 0,15, может быть получен путем смешивания восстановительных газов, имеющих различные C/H (в частности, восстановительный газ, в котором C/H составляет 0,15 или выше, и восстановительный газ, в котором C/H ниже 0,02) друг с другом.
[0061] Как ясно видно из фиг.1, точки P5-P8 присутствуют на графиках L2-L5, которые отличаются друг от друга, соответственно. Соответственно, если C/H в восстановительном газе ниже 0,15, корреляция ΔC-восстановительный газ изменяется в зависимости от C/H в восстановительном газе. То есть получая C/H в восстановительном газе и потребление углерода в восстановительном газе, InputΔC может быть определен однозначно. Таким образом, InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе имеют корреляцию, которая зависит от C/H, и корреляция от C/H представлена, например, графиками L2-L5. Следует отметить, что все корреляции представлены выпуклыми вверх графиками (то есть, когда потребление углерода в восстановительном газе составляет заданное значение, отображается максимальное значение). Предполагается, что даже при колебаниях температуры пламени по существу нет влияния на корреляцию, как в случае, когда C/H составляет 0,15 или выше.
[0062] Поскольку графики L2-L5 представляют собой выпуклый вверх график, графики L2-L5 представлены квадратичным выражением потребления углерода в восстановительном газе. Например, графики L2-L5 представлены численным выражением Y=a2X2+b2X+c2. Для упрощения чертежа на фиг.1 не показан кривой участок, где InputΔC начинает уменьшаться. X представляет потребление углерода в восстановительном газе, а Y представляет InputΔC. Поскольку формы графиков L2-L5 меняются в зависимости от C/H в восстановительном газе, по меньшей мере, один из коэффициентов a2, b2 и c2 представляет собой функцию, включающую C/H в восстановительном газе в качестве переменной. Соответственно, если потребление углерода в восстановительном газе определяют таким образом, что InputΔC близок к максимальному значению, расход восстановительного материала может быть уменьшен дополнительно. Как описано выше, предполагается, что причина, по которой графики L2-L5 начинают уменьшаться от максимального значения, заключается в том, что потребление углерода в восстановительном газе чрезмерно велико по сравнению с количеством, требуемым для внутрипечного восстановления, таким образом, что коэффициент использования газа уменьшается или что, хотя количество вдуваемого восстановительного газа увеличивается вместе с увеличением потребления углерода в восстановительном газе, при условии, что температура пламени постоянна, коэффициент обогащения дутья кислородом увеличивается вместе с увеличением количества вдуваемого восстановительного газа, и количество газа, вдуваемого в доменную печь через воздухоподогреватель, уменьшается таким образом, что энтальпия сухого воздуха уменьшается, и т.п.
[0063] Графики L2-L5 будут описаны более подробно. В диапазоне потребления углерода в восстановительном газе, когда InputΔC не достигает максимального значения, поскольку C/H уменьшается, наклоны графиков L2-L5 увеличиваются. То есть увеличение InputΔC относительно единичного увеличения потребления углерода в восстановительном газе увеличивается. Соответственно, так как C/H в восстановительном газе уменьшается, InputΔC может эффективно увеличиваться. Более конкретно, C/H в восстановительном газе составляет предпочтительно 0,13 или ниже, более предпочтительно 0,10 или ниже, и еще более предпочтительно 0,05 или ниже. Нижний предел C/H особенно не ограничивается, если он выше 0.
[0064] Как описано выше, существует корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе. Эта корреляция, то есть корреляция ΔC-восстановительный газ, имеет тенденцию варьироваться между случаем, когда молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе составляет 0,15 или выше, и случаем, когда C/H ниже 0,15. То есть, когда C/H в восстановительном газе составляет 0,15 или выше, корреляция ΔC-восстановительный газ однозначно определяется независимо от типа восстановительного газа (другими словами, независимо от C/H в восстановительном газе). С другой стороны, если C/H в восстановительном газе ниже 0,15, корреляция ΔC-восстановительный газ меняется в зависимости от C/H в восстановительном газе. Следует отметить, что во всех случаях корреляция между InputΔC и потреблением углерода в восстановительном газе представлена выпуклым вверх графиком (то есть, если потребление углерода в восстановительном газе является заданным значением, то отображается максимальное значение).
[0065] Соответственно, заранее получая корреляцию ΔC-восстановительный газ от C/H в восстановительном газе, потребление углерода в восстановительном газе может быть определено таким образом, что InputΔC является заранее заданным целевым значением или выше на основе корреляции. Более того, количество восстановительного газа, вдуваемого в доменную печь, можно регулировать на основе определенного потребления углерода в восстановительном газе и доли углерода в восстановительном газе. В результате можно получить желаемый InputΔC (то есть InputΔC, который является целевым значением или выше). То есть можно получить желаемый эффект уменьшения расхода восстановительного материала, при этом в дальнейшем расход восстановительного материала может быть уменьшен более надежно. Способ эксплуатации доменной печи в соответствии с вариантом осуществления сделан на основе вышеописанных выводов.
[0066] В описанном выше примере корреляция ΔC-восстановительный газ получена путем осуществления моделирования эксплуатации доменной печи, но способ получения корреляции ΔC-восстановительный газ этим не ограничивается. Аналогично, при работе в реальной печи (включая реальную работу и испытательную работу) или при испытательной работе в экспериментальной доменной печи корреляция ΔC-восстановительный газ может быть получена путем вычисления InputΔC при изменении расхода углерода в восстановительном газе.
[0067] 2. Способ Эксплуатации Доменной Печи
Далее будет описан способ эксплуатации доменной печи в соответствии с вариантом осуществления. Способ эксплуатации доменной печи в соответствии с вариантом осуществления включает в себя первый-третий процессы, описанные ниже.
[0068] 2-1. Первый процесс
В первом процессе корреляцию ΔC-восстановительный газ получают в расчете на C/H в восстановительном газе. Способ получения корреляции ΔC-восстановительный газ (способ получения) особенно не ограничивается. Например, корреляция ΔC-восстановительный газ может быть получена путем проведения моделирования эксплуатации доменной печи. В качестве моделирования эксплуатации доменной печи можно использовать, например, так называемую работу "Blast Furnace Mathematical Model" Kouji TAKATANI, Takanobu INADA, Yutaka UJISAWA, "Three-dimensional Dynamic Simulator for Blast Furnace", ISIJ International, Vol. 39 (1999), No.1, p.15 to 22. В этой математической модели доменной печи внутренняя область доменной печи разделена в направлении высоты, радиальном направлении и окружном направлении для образования множества ячеек (небольших областей), при этом моделируется поведение каждой из ячеек. Расчетные условия моделирования эксплуатации доменной печи особенно не ограничиваются и определяются предпочтительно в зависимости от реальных условий эксплуатации. Например, температура пламени составляет предпочтительно 2000°C или выше. Следует отметить, что, как описано выше, даже при изменениях температуры пламени корреляция ΔC-восстановительный газ существенно не колеблется. При проведении моделирования эксплуатации доменной печи получена корреляция ΔC-восстановительный газ от C/H. То есть получается график, показывающий корреляцию ΔC-восстановительный газ. В настоящем документе, как описано выше, корреляция ΔC-восстановительный газ имеет тенденцию изменяться между случаем, когда C/H в восстановительном газе составляет 0,15 или выше, и случаем, когда C/H в восстановительном газе ниже 0,15. Поэтому предпочтительно, чтобы было получено множество типов корреляций ΔC- восстановительный газ в различных случаях.
[0069] Способ получения корреляций ΔC-восстановительный газ будет описан более подробно. Моделирование эксплуатации доменной печи проводят с использованием различных случаев, когда C/H в восстановительном газе и количество вдуваемого восстановительного газа (его количество, вдуваемого на тонну расплавленного чугуна) отличаются друг от друга. Эти случаи также включают в себя базовую работу (работу, при которой объем восстановительного газа равен 0). В настоящем документе предпочтительно, чтобы условия вычисления (условия эксплуатации) были отрегулированы таким образом, чтобы в этих случаях температура пламени и температура расплавленного железа были как можно более постоянными. Для обеспечения постоянной температуры пламени можно регулировать, по меньшей мере, одно из объема дутья или коэффициента обогащения кислородом в горячем дутье. В дополнение или вместо регулирования вышеописанных факторов, по меньшей мере, одно из расхода кокса и пылевидного угля может быть отрегулировано. В результате, InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе получают в каждом случае. Кстати, точка, представляющая InputΔC и потребление углерода в восстановительном газе в каждом из случаев, нанесена, например, на плоскость xy, показанную на фиг.1. Точки P1-P8 являются примерами нанесенных точек. Далее, используя метод аппроксимации, такой как метод наименьших квадратов, получают построенную по точкам кривую для каждого из участков. Эти построенные по точкам кривые образуют график, показывающий корреляцию ΔC-восстановительный газ. Графики L1-L5 являются примерами графика, показывающего корреляцию ΔC-восстановительный газ.
[0070] 2-2. Второй процесс
Во втором процессе потребление углерода в восстановительном газе, где InputΔC является заданным целевым значением или выше, определяют на основе корреляцию ΔC-восстановительный газ, полученной в первом процессе. То есть выбирают корреляцию ΔC-восстановительный газ, соответствующую C/H в восстановительном газе, который будет фактически использоваться, и потребление углерода в восстановительном газе, когда InputΔC является заранее заданным целевым значением или выше, определяют на основе выбранной корреляции ΔC-восстановительный газ. C/H в восстановительном газе может быть получено, например, путем определения состава восстановительного газа с использованием описанного выше способа определения и получения C/H на основе точно определенного состава восстановительного газа.
[0071] В настоящем документе, как описано выше, корреляция ΔC-восстановительный газ представлена выпуклым вверх графиком. Соответственно, предпочтительно, чтобы потребление углерода в восстановительном газе определялось таким образом, чтобы InputΔC был близок к максимальному значению. В результате, расход восстановительного материала может быть дополнительно уменьшен. Например, если C/H в фактически используемом восстановительном газе составляет 0,15 или выше, предпочтительно, чтобы потребление углерода в восстановительном газе устанавливали в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 107 кг/т чугуна, и более предпочтительно, чтобы потребление углерода в восстановительном газе устанавливали в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 65 кг/т чугуна. Причина этого такова, как описано выше. То есть путем определения расхода углерода в восстановительном газе в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 107 кг/т чугуна, InputΔC может быть сделан 4,0% или выше. Кроме того, путем установления расхода углерода в восстановительном газе в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 65 кг/т чугуна можно добиться того, что InputΔC будет высоким (в частности, 4,0% или выше) с меньшим количеством вдуваемого восстановительного газа. Кроме того, даже если доля углерода в восстановительном газе низкая (в частности, когда доля углерода ниже 0,6 кг/Нм3), то температура пламени может стабильно поддерживаться на заданном значении или выше при увеличении InputΔC.
[0072] Если используют восстановительный газ, в котором C/H составляет 0,15 или выше, и потребление углерода в восстановительном газе выше 65 кг/т чугуна, как описано выше, температура пламени имеет тенденцию к уменьшению. Поэтому предпочтительно, чтобы элементы эксплуатации, включая коэффициент обогащения кислородом, регулировали таким образом, чтобы температура пламени имела заданное значение (например, 2000°C) или выше. К тому же, в установленном диапазоне значений InputΔC уменьшается. Следовательно, потребление углерода в восстановительном газе чрезмерно велико по сравнению с количеством, необходимым для внутрипечного восстановления, так что коэффициент использования газа уменьшается. Следовательно, могут быть приняты контрмеры для повышения коэффициента использования газа. Например, железосодержащий материал может быть заменен на материалы, обладающие превосходной восстановимостью.
[0073] 2-3. Третий процесс
В третьем процессе количество восстановительного газа, вдуваемого в доменную печь (например, количество восстановительного газа, вдуваемого на тонну расплавленного железа), регулируют на основе потребления углерода в восстановительном газе, установленного во втором процессе, и доли углерода в восстановительном газе. Например, количество вдуваемого восстановительного газа может быть получено путем деления потребления углерода в восстановительном газе на долю углерода в восстановительном газе. Путем вдувания восстановительного газа в доменную печь в его установленном вдуваемом количестве может быть получен желаемый эффект уменьшения расхода восстановительного материала. Условия эксплуатации, отличные от вышеописанных условий, могут быть такими же, как и в предшествующем уровне техники.
[0074] Схематично, при альтернативной загрузке железосодержащих материалов и кокса слоями в доменную печь из верхней части доменной печи, восстановительный газ вдувают в доменную печь вместе с горячим дутьем из фурмы, предусмотренной в доменной печи. Типы железосодержащих материалов и кокса особенно не ограничиваются, при этом железосодержащие материалы и кокс, которые используют в работе доменной печи в предшествующем уровне техники, также могут быть надлежащим образом использованы в варианте осуществления. Количество вдуваемого восстановительного газа устанавливают на значении, определенному в третьем процессе. Восстановительный газ может быть, например, одним или более, выбранными из группы, состоящей из COG, природного газа, подвергнутого риформингу колошникового газа (BFG) и коммунального газа. Восстановительный газ может быть смешанным газом из газов или смешанным газом с водородом, полученным путем смешивания газообразного водорода с газами (включая смешанный газ). В частности, восстановительный газ, в котором C/H ниже 0,15, может быть получен путем смешивания газообразного водорода с COG или т.п.
[0075] Восстановительный газ можно вдувать в доменную печь без нагрева, но предпочтительно вдувать в доменную печь после его нагрева. При вдувании восстановительного газа в доменную печь после его нагрева можно ожидать дополнительного уменьшения расхода восстановительного материала. Температура нагрева составляет предпочтительно от 300°C до 350°C.
[0076] Фурма для вдувания восстановительного газа в доменную печь (в дальнейшем в этом документе также называемая как "фурма для восстановительного газа") предусмотрена, например, в области заплечиков. Фурма для восстановления газа может быть предусмотрена в шахтной области. Фурма для восстановительного газа может быть предусмотрена как в шахтной области, так и в области заплечиков. Восстановительный газ, вдуваемый из шахтной части, содержит предпочтительно большое количество CO и/или H2 и вдувается при контролировании C/H.
[0077] Как и в работе доменной печи в предшествующем уровне техники, в доменную печь вдувают горячее дутье. Температура горячего дутья, его состав и его количество могут быть такими же, как те, что при работе доменной печи в предшествующем уровне техники. Например, горячее дутье содержит воздух и может дополнительно включать в себя гигроскопичную влагу и может быть обогащено кислородом. Горячее дутье вдувают в доменную печь, например, из фурмы, предусмотренной в области заплечиков. Фурма для вдувания горячего дутья в доменную печь может быть общей или отличаться от фурмы для восстановительного газа.
[0078] Как описано выше, в варианте осуществления потребление углерода в восстановительном газе, когда InputΔC является заранее заданным целевым значением или выше, определяют на основе заранее полученной корреляции ΔC-восстановительный газ, и количество выдуваемого восстановительного газа определяют на основе установленного потребления углерода в восстановительном газе и доли углерода в восстановительном газе. Соответственно, желаемый InputΔC может быть реализован относительно надежно. То есть может быть получен желаемый эффект уменьшения расхода восстановительного материала, и в дальнейшем расход восстановительного материала может быть уменьшен более надежно. В результате выбросы CO2 могут быть сокращены. Кроме того, в соответствии с корреляцией ΔC-восстановительный газ, если потребление углерода в восстановительном газе составляет заданное значение (это значение изменяется в зависимости от C/H), то InputΔC показывает максимальное значение. Соответственно, если установленное значение расхода углерода в восстановительном газе определяют таким образом, что InputΔC близко к максимальному значению, то расход восстановительного материала может быть дополнительно уменьшен. Кроме того, путем получения корреляции от C/H, количество вдуваемого восстановительного газа можно определить и управлять им на основе корреляции, соответствующей C/H в восстановительном газе. Соответственно, элементы эксплуатации, необходимые для увеличения InputΔC, могут быть соответствующим образом установлены и регулироваться.
Примеры
[0079] Далее, эффекты одного аспекта настоящего изобретения будут описаны более подробно с использованием примеров. Однако условия примеров являются просто показательными для подтверждения работоспособности и эффектов настоящего изобретения, при этом настоящее изобретение не ограничивается этими примерами. Настоящее изобретение может быть приспособлено к различным условиям в диапазоне, не выходящем за рамки настоящего изобретения, до тех пор, пока в этих условиях может быть достигнута цель настоящего изобретения.
[0080] 1. Пример 1
В примере 1, путем проведения моделирования эксплуатации доменной печи, было подтверждено, что, если C/H составлял 0,15 или выше, то корреляция ΔC-восстановительный газ присутствовала.
[0081] В моделировании эксплуатации доменной печи использовали описанную выше "математическую модель доменной печи". Условия вычислений приведены в таблице 3. Все железосодержащие материалы были спеченными рудами. К тому же, состав спеченных руд был Feобщ: 58,5%, FeO: 7,5%, C/S: 1,9 и Al2O3: 1,7%. К тому же в отношении кокса предполагали случай, когда использовали кокс, имеющий состав C: 87,2% и золу: 12,6% ("%" означает "мас.%" во всех случаях).
[0082]
Таблица 3
| Условия вычислений | ||
| Производительность | т/день/м3 | 2,71~2,81 |
| Объем дутья | Нм3/т чугуна | 4~1035 |
| Коэффициент обогащения дутья кислородом | % | 7,6~78,9 |
| Гигроскопическая влага воздуха | г/Нм3 | 5 |
| Температура пламени | °C | 2175~2225 |
[0083] В примере 1, путем проведения моделирования эксплуатации доменной печи при изменении типа восстановительного газа (то есть значения C/H) и количества вдуваемого восстановительного газа (количество вдуваемого восстановительного газа на тонну расплавленного железа) было подтверждено, что корреляция ΔC-восстановительный газ присутствовала. В качестве восстановительного газа использовали COG, имеющий состав, показанный в таблице 1, или природный газ, имеющий состав, показанный в таблице 2. Восстановительный газ вдували в доменную печь из фурмы, предусмотренной в области заплечиков. Объем дутья и коэффициент обогащения дутья кислородом в горячем дутье были отрегулированы таким образом, чтобы температура пламени была как можно более постоянной (то есть, имела значение в диапазоне, показанном в таблице 3) при вдувании восстановительного газа. Следует отметить, что коэффициент обогащения кислородом отрегулировали таким образом, чтобы температура пламени была 2085°C в случае 8, а коэффициент обогащения дутья кислородом отрегулировали таким образом, чтобы температура пламени была 2315°C в случае 9. Кроме того, во всех случаях расход кокса регулировали таким образом, чтобы температура расплавленного железа была постоянной. В контролируемых условиях расход пылевидного угля был 115 кг/т чугуна, а температура дутья была 1000°C. Результаты вычислений показаны в таблице 4 и на фиг.1.
[0084]
Таблица 4
| Результаты вычислений | ||||
| Тип восстановительного газа | Объем восстановительного газа | Потребление углерода в восстановительном газе | InputΔC | |
| - | Нм3/т чугуна | кг/т чугуна | % | |
| Случай 0 | Отсутствует | 0 | 0 | 0,0 |
| Случай 1 | COG | 88 | 21 | 4,0 |
| Случай 2 | COG | 191 | 46 | 5,6 |
| Случай 3 | COG | 244 | 59 | 6,1 |
| Случай 4 | Природный газ | 55 | 34 | 4,9 |
| Случай 5 | Природный газ | 106 | 65 | 6,6 |
| Случай 6 | Природный газ | 141 | 87 | 6,2 |
| Случай 7 | Природный газ | 173 | 107 | 4,2 |
| Случай 8 | COG | 195 | 46 | 5,6 |
| Случай 9 | COG | 193 | 45 | 5,4 |
[0085]
Как показано в таблице 4 и на фиг.1, удалось подтвердить, что присутствует корреляция ΔC-восстановительный газ. Кроме того, было также установлено, что, если C/H в восстановительном газе составлял 0,15 или выше, то корреляцию ΔC-восстановительный газ однозначно определяли независимо от типа восстановительного газа (другими словами, независимо от C/H в восстановительном газе). Путем определения потребления углерода в восстановительном газе, когда InputΔC является заранее заданным целевым значением или выше, с использованием корреляции ΔC-восстановительный газ и определения количества вдуваемого восстановительного газа на основе определенного потребления углерода в восстановительном газе, расход восстановительного материала может быть уменьшен более надежно, при этом могут быть уменьшены дополнительные выбросы CO2.
[0086] 2. Пример 2
В примере 2, путем моделирования эксплуатации доменной печи было подтверждено, что, если C/H было ниже 0,15, то корреляция ΔC-восстановительный газ присутствовала.
[0087] В моделировании эксплуатации доменной печи использовали описанную выше "математическую модель доменной печи". Условия вычислений были такими же, как и в примере 1. К тому же, предполагали, что использовались те же железосодержащие материалы и такой же кокс, как те, что в примере 1.
[0088] В примере 2, путем моделирования эксплуатации доменной печи при изменении C/H в восстановительном газе и количества вдуваемого восстановительного газа (количество вдуваемого восстановительного газа на тонну расплавленного железа), было установлено, что корреляция ΔC-восстановительный газ присутствует. В реальной работе C/H в восстановительном газе можно регулировать, например, путем смешивания COG, имеющего состав, показанный в таблице 1, с газообразным водородом при различном соотношении смешивания в каждом случае. Восстановительный газ вдували в доменную печь из фурмы, предусмотренной в области заплечиков. Объем дутья и коэффициент обогащения кислородом дутья в горячем дутье были отрегулированы таким образом, чтобы температура пламени была как можно более постоянной (то есть имела значение в диапазоне, показанном в таблице 3) при вдувании восстановительного газа. Кроме того, во всех случаях расход кокса регулировали таким образом, чтобы температура расплавленного железа была постоянной. Как контролируемые условия, расход пылевидного угля составлял 115 кг/т чугуна, а температура дутья составляла 1000°C. Результаты вычислений показаны в таблице 5 и на фиг.1.
[0089]
Таблица 5
| Результаты вычислений | ||||
| C/H в восстановительном газе | Объем восстановительного газа | Потребление углерода в восстановительном газе | InputΔC | |
| - | Нм3/т чугуна | кг/т чугуна | % | |
| Случай 0 | - | 0 | 0 | 0,0 |
| Случай 1 | 0,054 | 99 | 6,1 | 5,7 |
| Случай 2 | 0,054 | 199 | 12,1 | 10,0 |
| Случай 3 | 0,054 | 294 | 17,9 | 11,8 |
| Случай 4 | 0,054 | 396 | 24,1 | 11,9 |
| Случай 5 | 0,097 | 99 | 11,1 | 5,6 |
| Случай 6 | 0,097 | 199 | 22,5 | 8,3 |
| Случай 7 | 0,097 | 292 | 33,0 | 10,2 |
| Случай 8 | 0,097 | 393 | 44,4 | 9,9 |
| Случай 9 | 0,137 | 98 | 16,1 | 4,2 |
| Случай 10 | 0,137 | 199 | 32,9 | 8,0 |
| Случай 11 | 0,137 | 293 | 48,4 | 9,2 |
| Случай 12 | 0,137 | 340 | 56,1 | 9,0 |
| Случай 13 | 0,02 | 99 | 2,6 | 5,1 |
| Случай 14 | 0,02 | 390 | 10,2 | 13,7 |
| Случай 15 | 0,02 | 473 | 12,3 | 13,4 |
[0090] Как показано в таблице 5 и на фиг.1, удалось установить наличие корреляции ΔC-восстановительный газ. Кроме того, было также установлено, что, если C/H в восстановительном газе было ниже 0,15, корреляция ΔC-восстановительный газ изменялась в зависимости от C/H в восстановительном газе. Соответственно, выбирают корреляцию, соответствующую C/H в восстановительном газе, а также потребление углерода в восстановительном газе, когда InputΔC является заданным целевым значением или выше, определяют с использованием выбранной корреляции. Путем определения количества вдуваемого восстановительного газа на основе определенного потребления углерода в восстановительном газе можно более надежно уменьшить расход восстановительного материала и дополнительно уменьшить выбросы CO2.
1. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь, в котором восстановительный газ, включающий атомы водорода и атомы углерода, вдувают в доменную печь, причем способ включает:
получение корреляции между потреблением углерода в восстановительном газе и уменьшением InputΔC в удельном потреблении углерода, вызванном вдуванием упомянутого восстановительного газа в доменную печь, в соответствии с молярным отношением C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе;
определение расхода углерода в восстановительном газе, когда уменьшение InputΔC в удельном расходе углерода является заданным целевым значением или выше, на основе корреляции, полученной для C/H; и
регулировку количества восстановительного газа, вдуваемого в доменную печь, на основе определенного расхода углерода в восстановительном газе и доли углерода в восстановительном газе.
2. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.1,
в котором молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе составляет 0,15 или выше.
3. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.2,
в котором корреляцию представляют квадратичным выражением расхода углерода в восстановительном газе.
4. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.3,
в котором корреляция представлена как Y=a1X2+b1X+c1, где X представляет расход углерода в восстановительном газе, Y представляет уменьшение InputΔC в удельном расходе углерода, при этом все коэффициенты a1, b1 и c1 представляют значения, которые не зависят от молярного отношения C/H.
5. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.4,
в котором расход углерода в восстановительном газе устанавливают в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 107 кг/т чугуна.
6. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.4 или 5,
в котором расход углерода в восстановительном газе устанавливают в диапазоне от 21 кг/т чугуна до 65 кг/т чугуна.
7. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.1,
в котором молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе выше 0 и ниже 0,15.
8. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.7,
в котором молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе составляет 0,13 или ниже.
9. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.7 или 8,
в котором молярное отношение C/H атомов углерода к атомам водорода в восстановительном газе составляет 0,10 или ниже.
10. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по любому из пп.7-9,
в котором корреляция представлена как Y=a2X2+b2X+c2, где X представляет расход углерода в восстановительном газе, Y представляет уменьшение InputΔC в удельном расходе углерода, при этом, по меньшей мере, один из коэффициентов a2, b2 и c2 представляет функцию, включающую в себя молярное отношение C/H как переменную величину.
11. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по любому из пп.1-10,
в котором, когда восстановительный газ вдувают в доменную печь, температуру пламени регулируют, чтобы она была 2000°С или выше.
12. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по п.11,
в котором, для того чтобы регулировать температуру пламени, чтобы она была 2000°С или выше, регулируют, по меньшей мере, одно из расхода дутья или коэффициента обогащения дутья кислородом в горячем дутье.
13. Способ регулирования вдувания восстановительного газа в доменную печь по любому из пп.1-12,
в котором восстановительный газ выбирают из группы, состоящей из коксового газа, природного газа, подвергнутого риформингу колошникового газа, коммунального газа, смешанного из них газа, а также водородного смешанного газа, полученного путем смешивания с ними газообразного водорода.
