JP7836024B2 - Method for injecting reducing gas into a blast furnace and blast furnace - Google Patents
Method for injecting reducing gas into a blast furnace and blast furnaceInfo
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Description
本願は高炉への還元ガス吹込方法及び高炉を開示する。This application discloses a method for injecting reducing gas into a blast furnace and a blast furnace.
製鉄プロセスにおいてＣＯ２排出量を削減することが検討されている。例えば、高炉にて銑鉄を製造する際、還元材としてのコークス等の一部に替えて、水素ガス等の還元ガスを利用することがあり得る。高炉への還元ガス吹込方法として、特許文献１には、熱風羽口の流路内に還元ガス吹込用のランスを配置し、当該ランス及び羽口を介して還元ガスを吹き込む方法が開示されている。尚、還元ガスの吹き込みを想定したものではないが、特許文献２には、熱風羽口の壁面内に燃料噴射ランスを挿入し、当該燃料噴射ランスを介して高炉内へと燃料としての粉炭を吹き込む方法が開示されている。 Reducing CO2 emissions in the steelmaking process is being considered. For example, when producing pig iron in a blast furnace, it is possible to use a reducing gas such as hydrogen gas instead of some of the reducing agent such as coke. Patent Document 1 discloses a method for injecting reducing gas into a blast furnace, in which a lance for injecting reducing gas is placed in the flow path of a hot air tuyere, and the reducing gas is injected through the lance and the tuyere. Although not intended for injecting reducing gas, Patent Document 2 discloses a method in which a fuel injection lance is inserted into the wall of a hot air tuyere, and pulverized coal is injected into the blast furnace as fuel through the fuel injection lance.
特許文献１に開示されているように、熱風羽口の内部にランスを配置する場合、熱風羽口の形状やサイズに応じて、ランス径を小さくする必要がある。そのため、熱風羽口の内部に配置されたランスを介して多量の還元ガスを吹き込もうとすると、当該還元ガスの流速が音速を超える事態となる。この点、従来技術においては、還元ガスの流速制御に関して、改善の余地がある。また、高炉内へと比重の小さな還元ガスを吹き込む場合、高炉内の壁面を伝って還元ガスが上昇するなどして、還元ガスの偏流が生じ易い。従来技術においては、高炉内の還元ガスの偏流について、十分な検討がなされていない。以上の観点から、本願は、高炉の内部へと比重の小さな還元ガスを吹き込む場合に、還元ガスの流速を容易に制御可能であり、かつ、還元ガスの偏流を抑制可能な技術を開示する。As disclosed in Patent Document 1, when a lance is placed inside a hot air tuyer, the lance diameter needs to be reduced depending on the shape and size of the hot air tuyer. Therefore, if a large amount of reducing gas is blown in through a lance placed inside the hot air tuyer, the flow velocity of the reducing gas will exceed the speed of sound. In this respect, there is room for improvement in the conventional technology regarding the control of the reducing gas flow velocity. Furthermore, when a reducing gas with a low specific gravity is blown into a blast furnace, the reducing gas tends to rise along the walls of the blast furnace, causing uneven flow. The conventional technology has not adequately considered the uneven flow of reducing gas inside a blast furnace. From these viewpoints, this application discloses a technology that allows for easy control of the flow velocity of reducing gas and suppression of uneven flow of reducing gas when a reducing gas with a low specific gravity is blown into a blast furnace.
本願は、上記課題を解決するための手段として、以下の複数の態様を開示する。
＜態様１＞
高炉への還元ガス吹込方法であって、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた熱風羽口から、前記高炉の内部へと、熱風を吹き込むとともに、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた還元ガス吹込口から、前記高炉の内部へと、還元ガスを吹き込むこと、を含み、
前記還元ガスが、前記高炉の内部において還元材として機能するガスであり、
前記還元ガスの比重が、前記熱風の比重よりも小さく、
前記還元ガス吹込口が、前記熱風羽口とは別に設けられ、
前記還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、前記熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉への還元ガス吹込方法。
＜態様２＞
態様１の高炉への還元ガス吹込方法であって、
前記高さ位置Ｐ１が、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉への還元ガス吹込方法。
＜態様３＞
態様１又は２の高炉への還元ガス吹込方法であって、
前記還元ガスが、水素ガスを含む、
高炉への還元ガス吹込方法。
＜態様４＞
高炉であって、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた熱風羽口と、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた還元ガス吹込口と、
を有し、
前記還元ガス吹込口から前記高炉の内部へと吹き込まれる還元ガスが、前記高炉の内部において還元材として機能するガスであり、
前記還元ガスの比重が、前記熱風羽口から前記高炉の内部へと吹き込まれる熱風の比重よりも小さく、
前記還元ガス吹込口が、前記熱風羽口とは別に設けられ、
前記還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、前記熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じであるか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉。
＜態様５＞
態様４の高炉であって、
前記高さ位置Ｐ１が、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉。
＜態様６＞
態様４又は５の高炉であって、
前記還元ガスが、水素ガスを含む、
高炉。
This application discloses several embodiments as means for solving the above-mentioned problems.
<Appearance 1>
A method for injecting reducing gas into a blast furnace,
Hot air is blown into the interior of the blast furnace from a hot air tuyeres located below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
This includes injecting reducing gas into the interior of the blast furnace from a reducing gas injection port located below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
The reducing gas is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air.
The aforementioned reducing gas inlet is provided separately from the aforementioned hot air vent,
The height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as the height position P2 of the center of the hot air tuyere, or is located below the height position P2 .
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
<Aspect 2>
A method for injecting reducing gas into a blast furnace according to Embodiment 1,
The aforementioned height position P1 is located below the aforementioned height position P2 .
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
<Appearance 3>
A method for injecting reducing gas into a blast furnace according to embodiment 1 or 2,
The reducing gas includes hydrogen gas.
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
<Appearance 4>
A blast furnace,
A hot air tuyere is provided below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
A reducing gas injection port is provided below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
It has,
The reducing gas blown into the blast furnace from the reducing gas inlet is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air blown into the blast furnace from the hot air tuyeres.
The aforementioned reducing gas inlet is provided separately from the aforementioned hot air vent,
The height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as the height position P2 of the center of the hot air nozzle, or is located below the height position P2 .
Blast furnace.
<Aspect 5>
A blast furnace according to embodiment 4,
The aforementioned height position P1 is located below the aforementioned height position P2 .
Blast furnace.
<Aspect 6>
A blast furnace according to embodiment 4 or 5,
The reducing gas includes hydrogen gas.
Blast furnace.
本開示の技術によれば、高炉の内部へと比重の小さな還元ガスを吹き込む場合に、還元ガスの流速を制御可能であり、かつ、還元ガスの偏流を抑制可能である。According to the technology of this disclosure, when a reducing gas with a low specific gravity is injected into the interior of a blast furnace, the flow velocity of the reducing gas can be controlled, and the uneven flow of the reducing gas can be suppressed.
以下、本開示の高炉への還元ガス吹込方法及び高炉の一実施形態について説明する。ただし、本開示の高炉への還元ガス吹込方法及び高炉は以下の実施形態に限定されるものではない。The following describes one embodiment of the reducing gas injection method into a blast furnace and the blast furnace described herein. However, the reducing gas injection method into a blast furnace and the blast furnace described herein are not limited to the following embodiment.
１．高炉への還元ガス吹込方法
図１に示されるように、一実施形態に係る高炉１０への還元ガス吹込方法は、
前記高炉１０のシャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に設けられた熱風羽口１３から、前記高炉１０の内部へと、熱風を吹き込むとともに、
前記高炉１０のシャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に設けられた還元ガス吹込口１４から、前記高炉１０の内部へと、還元ガスを吹き込むこと、を含む。
前記還元ガスは、前記高炉１０の内部において還元材として機能するガスである。
前記還元ガスの比重は、前記熱風の比重よりも小さい。
前記還元ガス吹込口１４は、前記熱風羽口１３とは別に設けられる。
前記還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１は、前記熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する。
1. Method of injecting reducing gas into a blast furnace As shown in Figure 1, the method of injecting reducing gas into a blast furnace 10 according to one embodiment is:
Hot air is blown into the interior of the blast furnace 10 from a hot air tuyeres 13 located below the lower end 11ax of the shaft of the blast furnace 10 and above the taphole 12,
This includes blowing reducing gas into the interior of the blast furnace 10 from a reducing gas injection port 14 located below the lower end 11ax of the shaft of the blast furnace 10 and above the tapping port 12.
The reducing gas is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace 10.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air.
The reducing gas inlet 14 is provided separately from the hot air nozzle 13.
The height position P1 at the center of the reducing gas inlet 14 is the same as the height position P2 at the center of the hot air tuyere 13, or is located below the height position P2 .
１．１ 熱風羽口
高炉１０は、シャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に熱風羽口１３を有する。「シャフト下端」とは、シャフト１１ａと炉腹（ベリー）１１ｂとの境界部分をいう。「シャフト」とは、炉腹１１ｂよりも上方の部分であって、通常、上から下に向かうにつれて炉径が増大する部分をいう。「炉腹」とは、シャフトよりも下方かつ朝顔（ボッシュ）１１ｃよりも上方の部分であって、通常、炉径が最大となる部分をいう。炉腹１１ｂの炉径（直径）は、例えば、５ｍ以上２０ｍ以下、又は、１０ｍ以上１８ｍ以下であってもよい。「出銑口」とは、高炉１０の下部に設けられた溶銑出湯口をいう。「熱風羽口」とは、高炉に熱風を吹き込むためのノズルをいう。高炉１０は、炉腹下端１１ｂｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に熱風羽口１３を有していてもよく、朝顔下端１１ｃｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に熱風羽口１３を有していてもよい。
1.1 Hot air nozzles The blast furnace 10 has hot air nozzles 13 located below the lower end of the shaft 11ax and above the tapping port 12. "Lower end of the shaft" refers to the boundary between the shaft 11a and the furnace belly (belly) 11b. "Shaft" refers to the part above the furnace belly 11b, where the furnace diameter usually increases from top to bottom. "Furnace belly" refers to the part below the shaft and above the bellows (bosch) 11c, where the furnace diameter is usually the largest. The furnace diameter (diameter) of the furnace belly 11b may be, for example, 5m or more and 20m or less, or 10m or more and 18m or less. "Tapping port" refers to the molten iron tapping port provided at the bottom of the blast furnace 10. "Hot air nozzle" refers to a nozzle for blowing hot air into the blast furnace. The blast furnace 10 may have a hot air tuyeres 13 located below the lower end 11bx of the furnace belly and above the taphole 12, or it may have a hot air tuyeres 13 located below the lower end 11cx of the bellows and above the taphole 12.
熱風羽口１３の構成は公知である。例えば、熱風羽口１３は、水冷構造を有するものであってもよい。熱風羽口１３は、高炉１０の外部の熱風炉に対して、熱風管等を介して接続され得る。言い換えれば、高炉１０は、熱風炉から熱風管及び熱風羽口１３を介して、高炉１０の内部に熱風が吹き込まれるように構成され得る。熱風羽口１３の直径（高炉１０の内部に面する開口の円相当直径、ノズル径）は、例えば、２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下、又は、４０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよい。The configuration of the hot air tuyere 13 is well known. For example, the hot air tuyere 13 may have a water-cooled structure. The hot air tuyere 13 can be connected to a hot air furnace outside the blast furnace 10 via a hot air pipe or the like. In other words, the blast furnace 10 can be configured so that hot air is blown into the interior of the blast furnace 10 from the hot air furnace via the hot air pipe and the hot air tuyere 13. The diameter of the hot air tuyere 13 (the diameter of the opening facing the inside of the blast furnace 10, the nozzle diameter) may be, for example, 20 mm or more and 400 mm or less, or 40 mm or more and 300 mm or less.
高炉１０に設けられる熱風羽口１３の数は、特に限定されるものではなく、高炉の内容積に応じて、決定され得る。高炉１０には、複数の熱風羽口１３が高炉１０の周方向に配置され得る。言い換えれば、高炉１０においては、上面視において、複数の熱風羽口１３が、円周方向上に配置され得る。通常、複数の熱風羽口１３の各々の中心の高さ位置Ｐ２は、同様である。 The number of hot air tuyeres 13 provided in the blast furnace 10 is not particularly limited and can be determined according to the internal volume of the blast furnace. Multiple hot air tuyeres 13 may be arranged in the circumferential direction of the blast furnace 10. In other words, in the blast furnace 10, multiple hot air tuyeres 13 may be arranged in the circumferential direction when viewed from above. Typically, the height position P2 of the center of each of the multiple hot air tuyeres 13 is the same.
１．２ 還元ガス吹込口
高炉１０は、シャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に還元ガス吹込口１４を有する。これにより、高炉１０の内部において還元反応を効率的に進行させることができる。また、シャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方で、炉の高さ方向において熱風用羽口近傍に還元ガス吹込口１４が設けられる場合、還元ガス吹込口１４によって溶銑やスラグの排出が阻害されるようなことも起こり難い。
1.2 Reducing Gas Inlet The blast furnace 10 has a reducing gas inlet 14 located below the lower end 11ax of the shaft and above the taphole 12. This allows the reduction reaction to proceed efficiently inside the blast furnace 10. Furthermore, when the reducing gas inlet 14 is located below the lower end 11ax of the shaft and above the taphole 12, near the hot air tuyeres in the height direction of the furnace, it is less likely that the reducing gas inlet 14 will obstruct the discharge of molten iron or slag.
還元ガス吹込口１４の形状に特に制限はない。還元ガス吹込口１４は、例えば、羽口（ノズル）であってもよい。還元ガス吹込口１４は、金属（例えば銅）や耐火物によって画定され得る。There are no particular restrictions on the shape of the reducing gas inlet 14. The reducing gas inlet 14 may be, for example, a tuyere (nozzle). The reducing gas inlet 14 may be defined by a metal (e.g., copper) or a refractory material.
高炉１０においては、溶融した鉄やスラグが還元ガス吹込口１４へと滴下する可能性がある。また、還元ガス吹込口１４から還元ガスとしての水素ガスを吹き込み、炭材の投入を減らす場合、高炉１０の内部における熱量が低下し、還元ガスそのものを加熱して熱補償する場合がある。この場合、還元ガスによって還元ガス吹込口１４を冷却することが難しい。この点、還元ガス吹込口１４を画定する金属や耐火物の溶損等を抑制するため、還元ガス吹込口１４の周囲（還元ガス吹込口１４が羽口である場合、当該羽口の壁面内）に水冷構造が設けられてもよい。In the blast furnace 10, molten iron and slag may drip into the reducing gas inlet 14. Furthermore, when hydrogen gas is injected as a reducing gas from the reducing gas inlet 14 to reduce the amount of carbon material added, the heat content inside the blast furnace 10 decreases, and the reducing gas itself may be heated to compensate for the heat loss. In this case, it is difficult to cool the reducing gas inlet 14 with the reducing gas. To address this, a water-cooling structure may be provided around the reducing gas inlet 14 (or within the wall surface of the tuyere if the reducing gas inlet 14 is a tuyere) to suppress melting or erosion of the metal or refractory material defining the reducing gas inlet 14.
還元ガス吹込口１４は、高炉１０の外部の還元ガス供給源に対して、還元ガス供給流路等を介して接続され得る。言い換えれば、高炉１０は、還元ガス供給源から還元ガス供給流路及び還元ガス吹込口１４を介して、高炉１０の内部に還元ガスが吹き込まれるように構成され得る。還元ガス供給源や還元ガス供給流路の形態に特に制限はない。The reducing gas inlet 14 can be connected to an external reducing gas supply source of the blast furnace 10 via a reducing gas supply channel or the like. In other words, the blast furnace 10 can be configured so that reducing gas is injected into the interior of the blast furnace 10 from a reducing gas supply source via a reducing gas supply channel and the reducing gas inlet 14. There are no particular restrictions on the form of the reducing gas supply source or the reducing gas supply channel.
本実施形態においては、還元ガス吹込口１４が、上記の熱風羽口１３とは別に設けられることが重要である。還元ガス吹込口１４が熱風羽口１３とは別に設けられる場合、熱風羽口１３の形状やサイズによらず、還元ガス吹込口１４の径を大きくすることが可能である。これにより、還元ガス吹込口１４から多量の還元ガスを吹き込む場合であっても、還元ガスの流速を音速未満に制御することができる。還元ガス吹込口１４を介して高炉１０の内部へと多量に還元ガスを吹き込むことを想定した場合、還元ガス吹込口１４の直径（高炉１０の内部に面する開口の円相当直径）は、例えば、３０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であってもよく、６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよい。或いは、還元ガス吹込口１４の直径は、炉腹１１ｂの直径の０．１５％以上８％以下、又は、０．５％以上３％以下であってもよい。或いは、還元ガス吹込口１４の直径は、熱風羽口１３の直径の７．５％以上２００％以下であってもよい。In this embodiment, it is important that the reducing gas inlet 14 is provided separately from the hot air tuyere 13. When the reducing gas inlet 14 is provided separately from the hot air tuyere 13, it is possible to increase the diameter of the reducing gas inlet 14 regardless of the shape and size of the hot air tuyere 13. This makes it possible to control the flow velocity of the reducing gas to less than the speed of sound, even when a large amount of reducing gas is injected from the reducing gas inlet 14. When considering the injection of a large amount of reducing gas into the blast furnace 10 via the reducing gas inlet 14, the diameter of the reducing gas inlet 14 (the diameter equivalent to the circle of the opening facing the inside of the blast furnace 10) may be, for example, 30 mm to 400 mm, or 60 mm to 100 mm. Alternatively, the diameter of the reducing gas inlet 14 may be 0.15% to 8% or 0.5% to 3% of the diameter of the furnace belly 11b. Alternatively, the diameter of the reducing gas inlet 14 may be 7.5% or more and 200% or less of the diameter of the hot air nozzle 13.
高炉１０に設けられる還元ガス吹込口１４の数は、特に限定されるものではない。例えば、複数の還元ガス吹込口１４が、高炉の周方向に配置されていてもよい。言い換えれば、高炉１０においては、上面視において、複数の還元ガス吹込口１４が、円周方向に設けられていてもよい。複数の還元ガス吹込口１４の各々の中心の高さ位置Ｐ１は、互いに同じであってもよい。 The number of reducing gas inlets 14 provided in the blast furnace 10 is not particularly limited. For example, multiple reducing gas inlets 14 may be arranged in the circumferential direction of the blast furnace. In other words, in the blast furnace 10, multiple reducing gas inlets 14 may be provided in the circumferential direction when viewed from above. The height position P1 of the center of each of the multiple reducing gas inlets 14 may be the same.
１．３ 熱風羽口と還元ガス吹込口との位置関係
本実施形態において、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１は、熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、高さ位置Ｐ２よりも下方に存在することが重要である。本発明者らの新たな知見によると、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２よりも上方に存在する場合、還元ガス吹込口１４から吹き込まれた還元ガスが高炉１０の壁面を伝って上昇するなどして、高炉１０の内部において還元ガスの偏流が生じ易い。これに対し、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する場合、高炉１０の内部において、熱風の下側に流れる還元ガスの量が増加するとともに、壁面を伝って上昇する還元ガスの量が減少し、還元ガスが高炉１０の内部の径方向中心（炉中心）まで到達し易くなる。結果として、高炉１０の内部における還元ガスの偏流が抑制され、還元ガスの利用効率が改善される。特に、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が、熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する場合に、還元ガスの偏流を抑制する効果が一層顕著となる。
1.3 Positional Relationship Between Hot Air Tuyere and Reducing Gas Inlet In this embodiment, it is important that the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is the same as, or lower than, the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13. According to the inventors' new findings, if the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is higher than the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13 , the reducing gas blown in from the reducing gas inlet 14 tends to rise along the wall surface of the blast furnace 10, causing uneven flow of the reducing gas inside the blast furnace 10. In contrast, if the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is the same as, or lower than, the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13 , the amount of reducing gas flowing below the hot air inside the blast furnace 10 increases, and the amount of reducing gas rising along the wall surface decreases, making it easier for the reducing gas to reach the radial center (furnace center) inside the blast furnace 10. As a result, the uneven flow of reducing gas inside the blast furnace 10 is suppressed, and the utilization efficiency of the reducing gas is improved. In particular, the effect of suppressing the uneven flow of reducing gas becomes even more pronounced when the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is lower than the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13.
図２Ａ及びＢに、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する場合を示す。図２Ａに示されるように、還元ガス吹込口１４の中心は、熱風羽口１３の中心の真下に設けられていてもよい。すなわち、高炉１０の周方向における還元ガス吹込口１４の中心の位置が、熱風羽口１３の中心の位置と同じであってもよい。また、図２Ｂに示されるように、還元ガス吹込口１４の中心は、熱風羽口１３の中心の斜め下に設けられていてもよい。すなわち、高炉１０の周方向において、還元ガス吹込口１４の中心が、熱風羽口１３の中心とは異なる位置に存在していてもよい。例えば、高炉１０の周方向に複数の熱風羽口１３が設けられている場合において、高炉１０の周方向における還元ガス吹込口１４の位置が、当該複数の熱風羽口１３の間に存在していてもよい。本発明者らが確認した限りでは、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２よりも下方に存在し、かつ、高炉１０の周方向における還元ガス吹込口１４の中心の位置が、複数の熱風羽口１３の中心の間に存在している場合に、還元ガスの偏流を抑制する効果が一層高まる。 Figures 2A and 2B show the case where the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is lower than the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13. As shown in Figure 2A, the center of the reducing gas inlet 14 may be located directly below the center of the hot air tuyere 13. That is, the position of the center of the reducing gas inlet 14 in the circumferential direction of the blast furnace 10 may be the same as the position of the center of the hot air tuyere 13. Also, as shown in Figure 2B, the center of the reducing gas inlet 14 may be located diagonally below the center of the hot air tuyere 13. That is, in the circumferential direction of the blast furnace 10, the center of the reducing gas inlet 14 may be located at a different position from the center of the hot air tuyere 13. For example, when multiple hot air tuyeres 13 are provided in the circumferential direction of the blast furnace 10, the position of the reducing gas inlet 14 in the circumferential direction of the blast furnace 10 may be located between the multiple hot air tuyeres 13. As far as the inventors have confirmed, the effect of suppressing the uneven flow of reducing gas is further enhanced when the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is lower than the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13, and the position of the center of the reducing gas inlet 14 in the circumferential direction of the blast furnace 10 is located between the centers of the multiple hot air tuyeres 13.
図２Ｃに、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２と同じである場合を示す。図２Ｃに示されるように、還元ガス吹込口１４は、熱風羽口１３の横に設けられていてもよい。 Figure 2C shows the case where the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 is the same as the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13. As shown in Figure 2C, the reducing gas inlet 14 may be provided next to the hot air tuyere 13.
還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１と、熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２との間の長さＬは、０ｍｍ以上である。当該長さＬは、例えば、０ｍｍ以上３０００ｍｍ以下、０ｍｍ超３０００ｍｍ以下、又は、０ｍｍ超３００ｍｍ以下であってもよい。 The length L between the center height position P1 of the reducing gas inlet 14 and the center height position P2 of the hot air nozzle 13 is 0 mm or more. This length L may be, for example, 0 mm or more and 3000 mm or less, greater than 0 mm and 300 mm or less, or greater than 0 mm and 300 mm or less.
１．４ 熱風
熱風羽口１３から吹き込まれる熱風は、例えば、空気からなるものであってもよいし、空気を酸素富化したものであってもよい。熱風の温度は、例えば、１０００℃以上である。熱風の温度は、１０００℃以上２０００℃以下、１０００℃以上１７００℃以下、１０００℃以上１５００℃以下、又は、１０００℃以上１３００℃以下であってもよい。熱風羽口１３における熱風の流速（熱風の流量（ｍ３／ｓ）／熱風羽口１３の吹出口の開口面積（ｍ２））は、高炉１０の操業状況に応じて、調整されてもよい。一実施形態において、熱風の流速は、後述する流速Ｖ１であってもよい。
1.4 Hot air The hot air blown in from the hot air tuyeres 13 may consist of, for example, air, or oxygen-enriched air. The temperature of the hot air is, for example, 1000°C or higher. The temperature of the hot air may be 1000°C to 2000°C, 1000°C to 1700°C, 1000°C to 1500°C, or 1000°C to 1300°C. The flow velocity of the hot air in the hot air tuyeres 13 (flow rate of hot air ( m³ /s) / opening area of the outlet of the hot air tuyeres 13 ( m² )) may be adjusted according to the operating conditions of the blast furnace 10. In one embodiment, the flow velocity of the hot air may be the flow velocity V1 described later.
１．５ 還元ガス
還元ガス吹込口１４から吹き込まれる還元ガスは、高炉１０の内部において還元材として機能するガスである。すなわち、高炉１０に吹き込まれる前において還元材として機能しないようなガスであっても、高炉１０の内部において熱分解するなどして還元成分を生成し得るガスであれば、本願にいう「還元ガス」に含まれるものとする。また、還元ガスの比重は、熱風羽口１３から高炉１０の内部へと吹き込まれる熱風の比重よりも小さい。このような還元ガスとしては、例えば、水素ガス、炭化水素ガス（例えば、メタンガス）、一酸化炭素ガス、及び、アンモニアガスから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。特に、還元ガスが水素ガスを含む場合に、本開示の技術による一層高い効果が期待できる。還元ガス吹込口１４から吹き込まれる還元ガスの温度は、例えば、０℃以上２０００℃以下、又は、２５℃以上１５００℃以下であってもよい。また、上述の通り、本実施形態においては、熱風羽口１３とは別に還元ガス吹込口１４が設けられることで、還元ガスの流速（還元ガスの流量（ｍ３／ｓ）／還元ガス吹込口１４の吹出口の開口面積（ｍ２））を音速未満に制御可能である。すなわち、還元ガス吹込口１４における還元ガスの流速は、音速未満である。尚、「音速」は気体の種類のほか、気体の温度にも依存することが知られている。「音速」は高炉１０への吹き込む気体の種類や温度に応じて計算等によって求めることができる。一実施形態において、還元ガスの流速は、後述の流速Ｖ２であってもよい。
1.5 Reducing Gas The reducing gas blown in from the reducing gas inlet 14 is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace 10. That is, even if a gas does not function as a reducing agent before being blown into the blast furnace 10, if it can generate reducing components by thermal decomposition inside the blast furnace 10, it is included in the term "reducing gas" as used in this application. Furthermore, the specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air blown into the blast furnace 10 from the hot air tuyere 13. Examples of such reducing gases include at least one selected from hydrogen gas, hydrocarbon gas (e.g., methane gas), carbon monoxide gas, and ammonia gas. In particular, when the reducing gas includes hydrogen gas, an even greater effect can be expected from the technology of this disclosure. The temperature of the reducing gas blown in from the reducing gas inlet 14 may be, for example, 0°C to 2000°C or 25°C to 1500°C. Furthermore, as described above, in this embodiment, by providing a reducing gas inlet 14 separately from the hot air tuyere 13, the flow velocity of the reducing gas (flow rate of reducing gas ( m³ /s) / opening area of the outlet of the reducing gas inlet 14 ( m² )) can be controlled to be less than the speed of sound. That is, the flow velocity of the reducing gas at the reducing gas inlet 14 is less than the speed of sound. It is known that the "speed of sound" depends not only on the type of gas but also on the temperature of the gas. The "speed of sound" can be determined by calculation or other means depending on the type and temperature of the gas being blown into the blast furnace 10. In one embodiment, the flow velocity of the reducing gas may be the flow velocity V2 described later.
１．６ 熱風の流速及び還元ガスの流速
熱風羽口１３から吹き込まれる熱風の流速Ｖ１は、特に限定されるものではないが、例えば、当該流速Ｖ１が１００ｍ／ｓ以上１０００ｍ／ｓ以下、中でも２００ｍ／ｓ以上４００ｍ／ｓ以下であると、高炉１０の内部における還元ガスの偏流が一層抑制され易くなる。また、還元ガス吹込口１４から吹き込まれる還元ガスの流速Ｖ２は、特に限定されるものではないが、例えば、当該流速Ｖ２が１００ｍ／ｓ以上１０００ｍ／ｓ以下、中でも２００ｍ／ｓ以上８００ｍ／ｓ以下であると、高炉１０の内部における通気が安定し、炉内還元反応が安定的に進む操業となる。
1.6 Flow velocity of hot air and flow velocity of reducing gas The flow velocity V1 of the hot air blown in from the hot air tuyeres 13 is not particularly limited, but for example, if the flow velocity V1 is 100 m/s or more and 1000 m/s or less, and more particularly 200 m/s or more and 400 m/s or less, the uneven flow of the reducing gas inside the blast furnace 10 is more easily suppressed. Also, the flow velocity V2 of the reducing gas blown in from the reducing gas inlet 14 is not particularly limited, but for example, if the flow velocity V2 is 100 m/s or more and 1000 m/s or less, and more particularly 200 m/s or more and 800 m/s or less, the ventilation inside the blast furnace 10 is stable, and the in-furnace reduction reaction proceeds stably.
１．７ その他のガス
還元ガス吹込口１４からは、還元ガスとともにその他のガスが吹き込まれてもよい。その他のガスとしては、例えば、窒素ガス等の不活性ガスが挙げられる。
1.7 Other Gases Other gases may be blown in along with the reducing gas from the reducing gas inlet 14. Examples of other gases include inert gases such as nitrogen gas.
２．高炉
本開示の技術は、高炉への還元ガス吹込方法としての側面のほか、高炉そのものとしての側面も有する。すなわち、図１に示されるように、一実施形態に係る高炉１０は、
前記高炉１０のシャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に設けられた熱風羽口１３と、
前記高炉１０のシャフト下端１１ａｘよりも下方かつ出銑口１２よりも上方に設けられた還元ガス吹込口１４と、を有する。
前記還元ガス吹込口１４から前記高炉１０の内部へと吹き込まれる還元ガスは、前記高炉１０の内部において還元材として機能するガスである。
前記還元ガスの比重は、前記熱風羽口１３から前記高炉１０の内部へと吹き込まれる熱風の比重よりも小さい。
前記還元ガス吹込口１４は、前記熱風羽口１３とは別に設けられる。
前記還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１は、前記熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２と同じであるか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する。
2. Blast Furnace The technology of this disclosure has aspects not only as a method for injecting reducing gas into a blast furnace, but also as a blast furnace itself. That is, as shown in Figure 1, a blast furnace 10 according to one embodiment is
A hot air tuyere 13 is provided below the lower end 11ax of the shaft of the blast furnace 10 and above the taphole 12,
The blast furnace 10 has a reducing gas inlet 14 located below the lower end 11ax of the shaft and above the taphole 12.
The reducing gas blown into the blast furnace 10 from the reducing gas inlet 14 is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace 10.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air blown into the blast furnace 10 from the hot air tuyeres 13.
The reducing gas inlet 14 is provided separately from the hot air nozzle 13.
The height position P1 at the center of the reducing gas inlet 14 is the same as the height position P2 at the center of the hot air nozzle 13, or is located below the height position P2 .
上述の通り、高炉１０においては、前記高さ位置Ｐ１が、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する場合に、還元ガスの偏流を抑制する効果が一層高まるものと考えられる。また、還元ガスが水素ガスを含む場合に、本開示の技術による効果が一層高まるものと考えられる。 As described above, in the blast furnace 10, the effect of suppressing the uneven flow of reducing gas is considered to be further enhanced when the height position P1 is located below the height position P2 . Furthermore, the effect of the technology of this disclosure is considered to be further enhanced when the reducing gas contains hydrogen gas.
３．補足
高炉１０の操業においては、例えば、高炉１０の上部から高炉１０の内部へと鉄鉱石（酸化鉄）やコークス等が装入される一方で、高炉１０の外部の熱風炉から熱風管及び熱風羽口１３を介して高炉１０の内部へと熱風が吹き込まれるとともに、高炉１０の外部の還元ガス供給源から還元ガス流路及び還元ガス吹込口１４を介して高炉の内部へと還元ガスが吹き込まれる。高炉１０の内部に供給されたコークス等は、燃焼して還元ガスを発生させる。当該コークス等の燃焼によって生じた還元ガスや、還元ガス吹込口１４から吹き込まれた還元ガスによって、酸化鉄が還元及び溶解されて、溶銑が得られる。当該溶銑は、高炉１０の下部に設けられた出銑口１２から出湯される。本実施形態においては、還元ガス吹込口１４を介して高炉１０の内部へと還元ガスが吹き込まれることで、その分、コークス等のカーボン含有の還元材の使用量を削減することができる。結果として、ＣＯ２発生量を削減することができる。高炉１０は、上記のようにして銑鉄を製造可能である限りにおいて、様々な構成を採り得る。高炉１０は、例えば、上述の熱風羽口１３や還元ガス吹込口１４に加えて、その他の羽口や吹込口を有していてもよい。また、高炉１０において、熱風羽口１３よりも上方にその他の還元ガス吹込口が存在してもよい。熱風羽口１３及び還元ガス吹込口１４以外の高炉１０の構成については、本技術分野において公知であることから、ここでは詳細な説明を省略する。
3. Supplementary Information In the operation of the blast furnace 10, for example, iron ore (iron oxide) and coke are charged into the blast furnace 10 from the top, while hot air is blown into the blast furnace 10 from a hot air furnace outside the blast furnace 10 via hot air pipes and hot air tuyeres 13, and reducing gas is blown into the blast furnace from a reducing gas supply source outside the blast furnace 10 via a reducing gas flow path and reducing gas inlet 14. The coke and other materials supplied into the blast furnace 10 are burned to generate reducing gas. The iron oxide is reduced and dissolved by the reducing gas produced by the combustion of the coke and other materials, and by the reducing gas blown in from the reducing gas inlet 14, to obtain molten iron. The molten iron is tapped out from a tap 12 located at the bottom of the blast furnace 10. In this embodiment, by blowing reducing gas into the blast furnace 10 via the reducing gas inlet 14, the amount of carbon-containing reducing material such as coke used can be reduced accordingly. As a result, the amount of CO2 emitted can be reduced. The blast furnace 10 can take on various configurations as long as it is capable of producing pig iron as described above. For example, the blast furnace 10 may have other tuyeres and inlets in addition to the hot air tuyeres 13 and reducing gas inlets 14 described above. Also, in the blast furnace 10, other reducing gas inlets may be located above the hot air tuyeres 13. As the configuration of the blast furnace 10 other than the hot air tuyeres 13 and reducing gas inlets 14 is known in the art, a detailed explanation is omitted here.
４．効果
以上の通り、本実施形態によれば、熱風羽口１３とは別に設けられた還元ガス吹込口１４を介して高炉１０の内部へと還元ガスを吹き込むことで、還元ガスの流速を音速未満に制御可能である。また、還元ガス吹込口１４の中心の高さ位置Ｐ１が、熱風羽口１３の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、高さ位置Ｐ２よりも下方に存在することで、高炉１０の内部における還元ガスの偏流を抑制可能である。
4. Effects As described above, according to this embodiment, by injecting reducing gas into the blast furnace 10 through a reducing gas inlet 14 provided separately from the hot air tuyere 13, the flow velocity of the reducing gas can be controlled to less than the speed of sound. Furthermore, by having the height position P1 of the center of the reducing gas inlet 14 be the same as the height position P2 of the center of the hot air tuyere 13, or lower than the height position P2 , uneven flow of the reducing gas inside the blast furnace 10 can be suppressed.
以下、実施例を示しつつ本発明についてさらに説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱せず、その目的を達する限りにおいて、種々の条件を採用可能とするものである。以下の実施例においては、還元ガスとして水素ガスを採用した場合を例示するが、還元ガスの種類はこれに限定されるものではない。The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. The present invention allows for the adoption of various conditions without departing from its gist and insofar as it achieves its objective. In the following examples, the case in which hydrogen gas is used as the reducing gas is illustrated, but the type of reducing gas is not limited thereto.
１．水素ガスの流速についての検討
シミュレーションモデルを使用し、平均出銑量１２０００ｔ／ｄの高炉において、炭素消費原単位の削減率が３０％以上となる場合の水素ガス吹込口１つ当たりの必要水素吹込量について、水素の吹込み温度６００℃を前提にて推定した。推定された必要水素吹込量と、水素ガス吹込口径から、水素ガス流速を計算した。計算された流速が、水素雰囲気中の音速より遅い場合を「○」、音速以上である場合を「×」と評価した。尚、６００℃における水素雰囲気における音速は約１２６９ｍ／ｓである。下記表１に計算結果を示す。
1. Examination of Hydrogen Gas Flow Rate Using a simulation model, the required hydrogen injection rate per hydrogen gas inlet was estimated for a blast furnace with an average production rate of 12,000 t/d, assuming a reduction rate of 30% or more in carbon consumption per unit, based on a hydrogen injection temperature of 600°C. The hydrogen gas flow rate was calculated from the estimated required hydrogen injection rate and the hydrogen gas inlet diameter. If the calculated flow rate was slower than the speed of sound in a hydrogen atmosphere, it was evaluated as "○", and if it was faster than the speed of sound, it was evaluated as "×". The speed of sound in a hydrogen atmosphere at 600°C is approximately 1269 m/s. The calculation results are shown in Table 1 below.
表１に示される結果から明らかなように、従来のランス（熱風羽口に内蔵されたランス）では、音速未満の流速で水素ガスを吹き込むことはできない。言い換えれば、従来のランスでは、高炉に吹き込まれる水素ガスの流量に制限があり、炭素消費原単位を十分に削減することはできない。これに対し、内径の大きな吹込口（例えば、熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口）を介して水素ガスを吹き込む場合、１気圧の場合は内径６０ｍｍ、炉内圧の場合でも内径８０ｍｍにすることで、音速未満の流速で水素ガスを吹き込むことができる。６０ｍｍや８０ｍｍの内径は、高炉に備えられる熱風羽口の内径と大差がなく、高炉において問題なく採用可能といえる。尚、水素の温度を上昇させることで、音速となる速度がより高速となる。すなわち、水素の温度を上昇させることで、吹込口の径を縮小した場合でも、音速未満の流速で水素ガスを吹き込むことができる。しかしながら、仮に水素の温度を上昇させたとしても、吹込口の径を従来のランス径まで縮小すると、水素ガスの流量を音速未満に制御し難くなることが確認された。As is clear from the results shown in Table 1, conventional lances (lances built into the hot air tuyeres) cannot inject hydrogen gas at a flow rate below the speed of sound. In other words, conventional lances have limitations on the flow rate of hydrogen gas injected into the blast furnace, and cannot sufficiently reduce the carbon consumption per unit of production. In contrast, when injecting hydrogen gas through a large-diameter inlet (for example, a reducing gas inlet provided separately from the hot air tuyeres), an inner diameter of 60 mm at 1 atmosphere and an inner diameter of 80 mm even at furnace pressure allows for the injection of hydrogen gas at a flow rate below the speed of sound. Inner diameters of 60 mm and 80 mm are not significantly different from the inner diameters of hot air tuyeres provided in blast furnaces, and can be used without problems in blast furnaces. Furthermore, increasing the temperature of hydrogen makes the speed at which sound is reached even faster. That is, by increasing the temperature of hydrogen, it is possible to inject hydrogen gas at a flow rate below the speed of sound even when the diameter of the inlet is reduced. However, even if the hydrogen temperature is increased, it was found that reducing the diameter of the inlet to the conventional lance diameter makes it difficult to control the hydrogen gas flow rate to below the speed of sound.
以上のことから、熱風羽口に内蔵されたランスではなく、熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込口（例えば、還元ガス吹込羽口）を介して高炉の内部へと還元ガスを吹き込むことで、還元ガスの流速を音速未満に制御することができるといえる。Based on the above, it can be said that by injecting reducing gas into the blast furnace not through a lance built into the hot air tuyere, but through a reducing gas injection port (for example, a reducing gas injection tuyere) provided separately from the hot air tuyere, the flow velocity of the reducing gas can be controlled to below the speed of sound.
２．還元ガスを吹き込む位置の検討
シミュレーションモデルを使用し、還元ガスとしての水素ガスを吹き込む位置を変更しつつ、高炉内装入物の最上面での炉壁と炉中心部での水素の濃度差を比較した。具体的には、以下の先行例、実施例１～４、及び、比較例１～３の各々について、水素濃度差を求めた。
2. Examination of the location for injecting reducing gas Using a simulation model, the hydrogen concentration difference between the furnace wall at the top surface of the blast furnace interior container and the center of the furnace was compared while changing the location from which hydrogen gas was injected as the reducing gas. Specifically, the hydrogen concentration difference was determined for each of the following prior examples, Examples 1 to 4, and Comparative Examples 1 to 3.
先行例：図３Ａに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、熱風羽口に内蔵されたランスから水素ガスを吹きこんだ。Prior example: As shown in Figure 3A, hot air was blown in from a hot air nozzle, and hydrogen gas was blown in from a lance built into the hot air nozzle.
実施例１：図３Ｂに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、熱風羽口の真下において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Example 1: As shown in Figure 3B, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyere directly below the hot air tuyere.
実施例２：図３Ｃに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、炉周方向における複数の熱風羽口の間であって当該熱風羽口の下端よりも下方において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Example 2: As shown in Figure 3C, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyeres, between a plurality of hot air tuyeres in the circumferential direction of the furnace and below the lower end of the hot air tuyeres.
実施例３：図３Ｄに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、炉周方向における複数の熱風羽口の間であって当該熱風羽口の下端と同じ高さ位置において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Example 3: As shown in Figure 3D, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyeres, between a plurality of hot air tuyeres in the circumferential direction of the furnace, at the same height as the lower end of the hot air tuyeres.
実施例４：図３Ｅに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、炉周方向における複数の熱風羽口の間であって当該熱風羽口の中心と同じ高さ位置において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Example 4: As shown in Figure 3E, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyeres, between a plurality of hot air tuyeres in the circumferential direction of the furnace, at the same height as the center of the hot air tuyeres.
比較例１：図３Ｆに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、炉周方向における複数の熱風羽口の間であって当該熱風羽口の上端と同じ高さ位置において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Comparative Example 1: As shown in Figure 3F, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyeres, between a plurality of hot air tuyeres in the circumferential direction of the furnace, at the same height as the upper end of the hot air tuyeres.
比較例２：図３Ｇに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、炉周方向における複数の熱風羽口の間であって当該熱風羽口の上端よりも上方において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Comparative Example 2: As shown in Figure 3G, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyeres, between a plurality of hot air tuyeres in the circumferential direction of the furnace and above the upper end of the hot air tuyeres.
比較例３：図３Ｈに示されるように、熱風羽口から熱風を吹き込み、かつ、熱風羽口の真上において当該熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ。Comparative Example 3: As shown in Figure 3H, hot air was blown in from a hot air tuyere, and hydrogen gas was blown in from a reducing gas injection tuyere, which was provided separately from the hot air tuyere directly above the hot air tuyere.
下記表２に結果を示す。The results are shown in Table 2 below.
表２に示される結果から明らかなように、従来のランス（熱風羽口に内蔵されたランス）を介して水素ガスを吹き込んだ場合、高炉内装入物の最上面での水素の濃度差はほぼ見られなかった（先行例）。これは、羽口レベルでの水素ガスと熱風とが十分に混合され、炉内で熱風とともに水素が分散されたためと考えられる。As is clear from the results shown in Table 2, when hydrogen gas was blown in through a conventional lance (a lance built into the hot air tuyer), there was almost no difference in hydrogen concentration at the top surface of the blast furnace interior container (previous example). This is thought to be because the hydrogen gas and hot air were sufficiently mixed at the tuyer level, and the hydrogen was dispersed together with the hot air in the furnace.
また、還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ場合において、還元ガス吹込羽口の中心の高さ位置が熱風羽口の中心の高さ位置よりも上方にある場合、高炉内装入物の最上面において炉中心と炉壁部とで水素濃度に大きな差が見られた（比較例１～３）。これは、水素ガスの比重が熱風の比重よりも小さく、熱風羽口から吹き込まれる熱風に水素ガスが押されることなく、水素ガスが炉内の壁側を優先的に流れたためと考えられる。Furthermore, when hydrogen gas was injected from a reducing gas injection tuyere, and the height of the center of the reducing gas injection tuyere was higher than the height of the center of the hot air tuyere, a significant difference in hydrogen concentration was observed between the furnace center and the furnace wall at the uppermost surface of the blast furnace interior container (Comparative Examples 1-3). This is thought to be because the specific gravity of hydrogen gas is lower than that of hot air, and the hydrogen gas was not pushed by the hot air injected from the hot air tuyere, but rather flowed preferentially along the furnace wall.
これに対し、還元ガス吹込羽口から水素ガスを吹き込んだ場合において、還元ガス吹込羽口の中心の高さ位置が熱風羽口の中心の高さ位置と同じか、それよりも下方にある場合、高炉内装入物の最上面での水素の濃度差はほぼ見られなかった（実施例１～４）。これは、還元ガス吹込羽口から吹き込まれた水素ガスが、熱風羽口から吹き込まれる熱風に押されて、熱風羽口レベルより下において炉中心へと移動しつつ、熱風とともに上昇したためと考えられる。In contrast, when hydrogen gas was injected from the reducing gas injection tuyere, if the height of the center of the reducing gas injection tuyere was the same as or lower than the height of the center of the hot air tuyere, there was almost no difference in hydrogen concentration at the uppermost surface of the blast furnace interior container (Examples 1-4). This is thought to be because the hydrogen gas injected from the reducing gas injection tuyere was pushed by the hot air injected from the hot air tuyere, moving towards the furnace center below the level of the hot air tuyere, and rising together with the hot air.
以上のことから、熱風羽口とは別に設けられた還元ガス吹込口（例えば、還元ガス吹込羽口）から還元ガスを吹き込む場合、還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、高さ位置Ｐ２よりも下方に存在することで、高炉の内部における還元ガスの偏流を抑制することができるといえる。 From the above, it can be said that when reducing gas is injected from a reducing gas inlet (for example, a reducing gas inlet) that is provided separately from the hot air tuyere, the uneven flow of reducing gas inside the blast furnace can be suppressed if the height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as or lower than the height position P2 of the center of the hot air tuyere.
３．まとめ
以上の結果をまとめると、以下の方法（１）や高炉（２）によれば、高炉の内部へと比重の小さな還元ガスを吹き込む場合に、還元ガスの流速を容易に制御可能であり、かつ、還元ガスの偏流を抑制可能といえる。
3. Summary In summary, the results above indicate that, according to the following methods (1) and blast furnace (2), when injecting a reducing gas with a low specific gravity into the blast furnace, the flow velocity of the reducing gas can be easily controlled and the uneven flow of the reducing gas can be suppressed.
（１）高炉への還元ガス吹込方法であって、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた熱風羽口から、前記高炉の内部へと、熱風を吹き込むとともに、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた還元ガス吹込口から、前記高炉の内部へと、還元ガスを吹き込むこと、を含み、
前記還元ガスが、前記高炉の内部において還元材として機能するガスであり、
前記還元ガスの比重が、前記熱風の比重よりも小さく、
前記還元ガス吹込口が、前記熱風羽口とは別に設けられ、
前記還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、前記熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉への還元ガス吹込方法。
(1) A method for injecting reducing gas into a blast furnace,
Hot air is blown into the interior of the blast furnace from a hot air tuyeres located below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
This includes injecting reducing gas into the interior of the blast furnace from a reducing gas injection port located below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
The reducing gas is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air.
The aforementioned reducing gas inlet is provided separately from the aforementioned hot air vent,
The height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as the height position P2 of the center of the hot air tuyere, or is located below the height position P2 .
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
（２）高炉であって、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた熱風羽口と、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた還元ガス吹込口と、
を有し、
前記還元ガス吹込口から前記高炉の内部へと吹き込まれる還元ガスが、前記高炉の内部において還元材として機能するガスであり、
前記還元ガスの比重が、前記熱風羽口から前記高炉の内部へと吹き込まれる熱風の比重よりも小さく、
前記還元ガス吹込口が、前記熱風羽口とは別に設けられ、
前記還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、前記熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じであるか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉。
(2) A blast furnace,
A hot air tuyere is provided below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
A reducing gas injection port is provided below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
It has,
The reducing gas blown into the blast furnace from the reducing gas inlet is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air blown into the blast furnace from the hot air tuyeres.
The aforementioned reducing gas inlet is provided separately from the aforementioned hot air vent,
The height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as the height position P2 of the center of the hot air nozzle, or is located below the height position P2 .
Blast furnace.
１０ 高炉
１１ａ シャフト
１１ｂ 炉腹（ベリー）
１１ｃ 朝顔（ボッシュ）
１２ 出銑口
１３ 熱風羽口
１４ 還元ガス吹込口
10 Blast furnace 11a Shaft 11b Furnace belly
11c Morning Glory (Bosch)
12. Tapping nozzle 13. Hot air nozzle 14. Reducing gas inlet
Claims (6)
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた熱風羽口から、前記高炉の内部へと、熱風を吹き込むとともに、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた還元ガス吹込口から、前記高炉の内部へと、還元ガスを吹き込むこと、を含み、
前記還元ガスが、前記高炉の内部において還元材として機能するガスであり、
前記還元ガスの比重が、前記熱風の比重よりも小さく、
前記還元ガス吹込口が、前記熱風羽口に内蔵されることなく、前記熱風羽口とは別に設けられ、
前記還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、前記熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉への還元ガス吹込方法。 A method for injecting reducing gas into a blast furnace,
Hot air is blown into the interior of the blast furnace from a hot air tuyeres located below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
This includes injecting reducing gas into the interior of the blast furnace from a reducing gas injection port located below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
The reducing gas is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air.
The reducing gas inlet is not built into the hot air tuyere, but is provided separately from the hot air tuyere.
The height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as the height position P2 of the center of the hot air tuyere, or is located below the height position P2 .
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
前記高さ位置Ｐ１が、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉への還元ガス吹込方法。 A method for injecting reducing gas into a blast furnace according to claim 1,
The aforementioned height position P1 is located below the aforementioned height position P2 .
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
前記還元ガスが、水素ガスを含む、
高炉への還元ガス吹込方法。 A method for injecting reducing gas into a blast furnace according to claim 1 or 2,
The reducing gas includes hydrogen gas.
Method for injecting reducing gas into a blast furnace.
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた熱風羽口と、
前記高炉のシャフト下端よりも下方かつ出銑口よりも上方に設けられた還元ガス吹込口と、
を有し、
前記還元ガス吹込口から前記高炉の内部へと吹き込まれる還元ガスが、前記高炉の内部において還元材として機能するガスであり、
前記還元ガスの比重が、前記熱風羽口から前記高炉の内部へと吹き込まれる熱風の比重よりも小さく、
前記還元ガス吹込口が、前記熱風羽口に内蔵されることなく、前記熱風羽口とは別に設けられ、
前記還元ガス吹込口の中心の高さ位置Ｐ１が、前記熱風羽口の中心の高さ位置Ｐ２と同じであるか、又は、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉。 A blast furnace,
A hot air tuyere is provided below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
A reducing gas injection port is provided below the lower end of the blast furnace shaft and above the taphole,
It has,
The reducing gas blown into the blast furnace from the reducing gas inlet is a gas that functions as a reducing agent inside the blast furnace.
The specific gravity of the reducing gas is less than the specific gravity of the hot air blown into the blast furnace from the hot air tuyeres.
The reducing gas inlet is not built into the hot air tuyere, but is provided separately from the hot air tuyere.
The height position P1 of the center of the reducing gas inlet is the same as the height position P2 of the center of the hot air nozzle, or is located below the height position P2 .
Blast furnace.
前記高さ位置Ｐ１が、前記高さ位置Ｐ２よりも下方に存在する、
高炉。 A blast furnace according to claim 4,
The aforementioned height position P1 is located below the aforementioned height position P2 .
Blast furnace.
前記還元ガスが、水素ガスを含む、
高炉。 A blast furnace according to claim 4 or 5,
The reducing gas includes hydrogen gas.
Blast furnace.
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