CN115315532A

CN115315532A - 高炉的操作方法和高炉附属设备

Info

Publication number: CN115315532A
Application number: CN202180020762.6A
Authority: CN
Inventors: 高桥功一; 野内泰平; 小泽纯仁; 川尻雄基; 守田祐哉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2022-11-08
Also published as: KR102770546B1; EP4141130A4; EP4141130B1; KR20220129625A; TW202140802A; TWI785506B; EP4141130A1; WO2021215059A1; JP7028367B1; JPWO2021215059A1

Abstract

本发明的高炉操作方法具有如下工序：从自高炉排出的副产气体分离出二氧化碳气体的工序，由二氧化碳气体生成再生甲烷气体的工序，从高炉的风口向高炉内吹入送风气体和还原剂的吹入的工序；其中，使用氧气作为送风气体，并且，还原剂的至少一部分使用再生甲烷气体。

Description

高炉的操作方法和高炉附属设备

技术领域

本发明涉及高炉的操作方法和高炉附属设备。

背景技术

近年，在地球环境问题的背景下，强烈要求减少二氧化碳(CO₂)的排出量。因此，设置于炼钢厂内的高炉的操作要求进行低还原剂率(低RAR)操作。

一般的高炉中，从风口向高炉内吹入热风(加热到1200℃左右的空气)作为送风气体。由此，热风中的氧与成为还原剂的焦炭和煤粉反应而生成一氧化碳(CO)气体、氢(H₂)气体。装入高炉内的铁矿石被这些一氧化碳气体、氢气体还原。另外，该铁矿石的还原反应中产生二氧化碳。

此外，送风气体是从风口向高炉内吹入的气体。送风气体在高炉内也起到将煤粉、焦炭气化的作用。

作为这样的高炉的操作中的二氧化碳的排出量减少技术，提出了将从高炉等排出的副产气体中包含的一氧化碳、二氧化碳重整，生成甲烷、乙醇等烃，将生成的烃再次导入高炉作为还原剂的技术。

例如，专利文献1中公开了“一种高炉的操作方法，其特征在于，具有如下工序：从含有CO₂和/或CO的混合气体中分离回收CO₂和/或CO的工序(A)；向在该工序(A)中分离回收的CO₂和/或CO添加氢，将CO₂和/或CO转变为CH₄的工序(B)；从经该工序(B)的气体分离除去H₂O的工序(C)；将经该工序(C)的气体吹入高炉内的工序(D)。”

另外，专利文献2公开了“一种高炉操作方法，其特征在于，从使用高炉气体作为燃料的燃烧炉的一部分或者全部排气中分离出CO₂，将分离出的CO₂重整为甲烷而得到的还原气体，吹入高炉。”

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-225969号公报

专利文献2：日本特开2014-005510号公报

发明内容

但是，专利文献1和2的技术中，作为还原剂吹入高炉的甲烷的量为一定以上时，有时引起高炉下部的传热不足、压力损失上升以及出渣不良等操作故障。

因此，寻求开发在稳定的操作下能够进一步减少来自高炉的二氧化碳的排出量的高炉的操作方法。

本发明是鉴于上述的现状开发的，目的在于提供在稳定的操作下，能够进一步减少来自高炉的二氧化碳的排出量的高炉的操作方法。

另外，本发明的目的在于提供上述的高炉的操作方法中使用的高炉附属设备。

在此，发明人等为了实现上述的目的进行了反复研究。

首先，发明人等对于在专利文献1和2的技术中使作为还原剂向高炉吹入的甲烷的量为一定以上的情况下产生操作故障的原因进行了研究。

其结果，得到了以下见解。

如果使作为还原剂向高炉吹瑞的甲烷的量为一定以上，则在风口的出口附近所产生的燃烧区域(回旋区)，所吹入的还原剂和焦炭燃烧而产生的火焰的温度(以下，也称为风口前段温度)大幅降低。进而，该风口前段温度的降低导致高炉下部的传热不足、压力损失上升、出渣不良等操作故障的产生。

即，从风口向高炉内吹入煤粉作为还原剂时，煤粉的主成分为碳，因此在回旋区引起如下反应。

C+0.5O₂＝CO+110.5kJ/mol

另一方面，从风口向高炉内吹入甲烷作为还原剂时，在回旋区引起如下反应。

CH₄+0.5O₂＝CO+2H₂+35.7kJ/mol

将该反应时产生的热量换算为相对于CO和H₂的合计量的1摩尔当中的热量，则为11.9kJ/mol。

为了进行高炉的稳定操作，必须将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围。但是，将吹入高炉内的还原剂的大部分由煤粉置换为甲烷气体，则因上述的反应热之差，风口前段温度降低。其结果，无法将风口前段温度控制在上述范围内，发生各种操作故障。

因此，发明人等基于上述见解进一步反复进行了研究。

其结果，发现通过使用氧气作为送风气体，而不是热风(加热到1200℃左右的空气)，即便作为吹入高炉内的还原剂使用大量的甲烷，也有效防止风口前段温度的降低。而且，由从高炉排出的副产气体再生这样的甲烷，通过向高炉内再次吹入该再生的甲烷(再生甲烷气体)作为还原剂，进一步减少来自高炉的二氧化碳的排出量，同时能够进行稳定的高炉的操作。

应予说明，发明人等对于通过使用氧气作为送风气体，从而即便作为向高炉内吹入的还原剂使用大量的甲烷也能够将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围的理由，考虑如下。

即，使用热风(加热到1200℃左右的空气)作为送风气体时，燃烧气体中包含不参与燃烧反应的50体积％左右的氮气，因此回旋区的火焰的温度很难成为高温。因此，如果将高炉内吹入的还原剂的大部分从煤粉置换为甲烷气体，则因上述的煤粉与氧的反应的反应热与甲烷气体与氧的反应的反应热之差，风口前段温度降低，进而，风口前段温度下降到低于适合温度的下限即2000℃。

另一方面，通过使用氧气作为送风气体，能够抑制不参与燃烧反应的氮气的混入，因此能够将风口前段温度升温到充分的温度。即，与使用热风的情况相比，能够使回旋区的火焰的温度达到高温，因此从风口吹入大量的甲烷作为还原剂的情况下，也能够将风口前段温度控制在作为合适范围的2000℃～2400℃的范围。

本发明是基于上述见解进一步加以研究而完成的。

即，本发明的要旨构成如下。

1.一种高炉的操作方法，具有如下工序：

从自上述高炉排出的副产气体分离二氧化碳气体的工序，

由上述二氧化碳气体生成再生甲烷气体的工序，

从上述高炉的风口向上述高炉内吹入送风气体和还原剂的工序；

其中，使用氧气作为上述送风气体，并且，上述还原剂的至少一部分使用上述再生甲烷气体。

2.根据上述1所述的高炉的操作方法，其中，上述还原剂的循环碳原子的强度为60kg/t以上。

这里，循环碳原子的强度是制造1t铁水时作为还原剂吹入高炉内的再生甲烷气体的碳换算质量，由下式求出。

[循环碳原子的强度(kg/t)]＝[作为还原剂吹入高炉内的再生甲烷气体中的甲烷的质量(kg)]×(12/16)÷[铁水制造量(t)]

3.根据上述1或2所述的高炉的操作方法，其中，上述氧气的氧浓度为80体积％以上。

4.根据上述1～3中任一项所述的高炉的操作方法，其中，从上述副产气体的一部分分离出上述二氧化碳气体，将上述副产气体的剩余部分供给到炼钢厂内。

5.根据上述1～4中任一项所述的高炉的操作方法，其中，将上述再生甲烷气体的剩余部分供给到炼钢厂内。

6.一种高炉附属设备，在上述1～5中任一项所述的高炉的操作方法中使用，具备如下装置：

气体分离装置，从上述副产气体分离出上述二氧化碳气体；

甲烷气体生成装置，由上述二氧化碳气体生成上述再生甲烷气体；

气体吹入装置，具有将上述再生甲烷气体导入上述高炉的风口的甲烷气体供给部和向上述高炉的风口导入上述氧气的氧气供给部。

根据本发明，在稳定的操作下能够进一步减少来自高炉的二氧化碳(CO₂)的排出量。另外，通过使用由高炉气体生成的甲烷气体，还能够减少焦炭和煤粉即属于有限的化石燃料的煤的使用量。

附图说明

图1是示意地表示基于本发明的一实施方式的高炉的操作方法中使用的高炉和高炉附属设备的一个例子的图。

图2是示意地表示基于本发明的一实施方式的高炉的操作方法中使用的气体吹入装置的例子的图。

图3是示意地表示基于本发明的一实施方式的高炉的操作方法中使用的高炉和高炉附属设备的一个例子的图。

图4是示意地表示基于本发明的一实施方式的高炉的操作方法中使用的高炉和高炉附属设备的一个例子的图。

图5是示意地表示比较例中使用的高炉和高炉附属设备的图。

图6是示意地表示比较例中使用的高炉和高炉附属设备的图。

图7是示意地表示比较例中使用的高炉和高炉附属设备额图。

图8是关于热风送风条件和氧气送风条件，表示循环碳原子的强度与风口前段温度的关系的一个例子的图。

具体实施方式

基于以下的实施方式对本发明进行说明。

本发明的一实施方式是一种高炉的操作方法，具有如下工序：

由从上述高炉排出的副产气体分离二氧化碳气体的工序，

由上述二氧化碳气体生成再生甲烷气体工序，

其中，使用氧气作为上述送风气体，并且上述还原剂的至少一部分使用上述再生甲烷气体。

首先，以将基于本发明的一实施方式的高炉的操作方法应用于图1中示意地表示的高炉和高炉附属设备的情况作为例，进行说明。

图中，符号1为高炉，2为风口，3为甲烷气体生成装置，4为气体吹入装置，5为第1脱水装置，6为第2脱水装置，7为燃烧器，10为气体分离装置。

应予说明，这里所说的高炉也包括竖式还原炉等。

[高炉的操作方法]

基于本发明的一实施方式的高炉的操作方法中，从高炉的炉顶部向高炉内装入成为原料的烧结矿、块状矿石、球团矿(以下，也称为矿石原料)、焦炭等(未图示)。另外，从设置于高炉下部的风口2向高炉1内吹入送风气体和还原剂。应予说明，为了与焦炭区别，也将从风口2向高炉1内吹入的还原剂称为吹入吹还原剂。

而且，利用由送风气体与还原剂的反应产生的一氧化碳气体、氢气体，装入高炉1内的矿石原料被还原。该矿石原料的还原反应中，产生二氧化碳。而且，该二氧化碳和未与矿石原料反应的一氧化碳、氢等一起作为副产气体从高炉的炉顶部排出。高炉的炉顶部为2.5个大气压左右的高压条件。因此，从该高炉的炉顶部排出的副产气体(以下，也称为高炉气体)通过返回常压下时的膨胀冷却，使水蒸气冷凝。进而，在第1脱水装置5中除去该冷凝水。

接着，将高炉气体的至少一部分导入气体分离装置10，从高炉气体分离出二氧化碳气体。使用从高炉气体分离出的二氧化碳气体进行甲烷气体再生工序，从而能够减小送入甲烷气体再生装置3的气体体积。因此，能够使甲烷气体再生装置3小型化，特别有利。

这里，二氧化碳气体并非必须为二氧化碳浓度为100体积％的气体，但为了使再生甲烷气体的甲烷浓度为高浓度，优选使用二氧化碳浓度高的气体，具体而言，二氧化碳浓度为80体积％以上的二氧化碳气体。二氧化碳浓度更优选为90体积％以上，进一步优选为95体积％以上。

另外，优选以二氧化碳以外的气体的浓度为20体积％以下、更优选为10体积％以下、进一步优选为5体积％以下的方式进行气体分离。作为二氧化碳以外的气体，可举出一氧化碳、氢、氮气、氩气等。其中，尤其必须充分降低氮气和氩气的浓度，氮气和氩气的合计的浓度优选为20体积％以下，更优选为10体积％以下，进一步优选为5体积％以下。二氧化碳以外的气体浓度也可以为0体积％。

应予说明，例如，将从高炉气体分离了二氧化碳气体后的剩余的气体(以下，也称为分离后余气)，如图1所示，合流至高炉气体向炼钢厂内的供给管线即可。另外，分离后余气主要由一氧化碳和氢构成，有时一部分包含氮气、氩气等。

接着，将二氧化碳气体导入甲烷气体生成装置3。而且，甲烷气体生成装置3中，使二氧化碳气体与氢反应，生成甲烷(CH₄)气体。应予说明，将使该二氧化碳气体反应得到的甲烷气体称为再生甲烷气体。

应予说明，再生甲烷气体的生成中使用的氢可以从外部供给，优选尽可能不产生二氧化碳的制法。例如，可以使用水的电气分解等。另外，氢气体可以为氢浓度：100体积％的气体，但为了使再生甲烷气体的甲烷浓度为高浓度，优选使用氢浓度高的气体，具体而言，氢浓度为80体积％以上的氢气体。氢浓度更优选为90体积％以上，进一步优选为95体积％以上。氢浓度可以为100体积％。作为氢以外的剩余的气体，例如，可举出CO、CO₂、H₂S、CH₄、N₂等。

接着，通过将再生甲烷气体冷却到常温，使再生甲烷气体中的水蒸气冷凝。进而，在第2脱水装置6中除去该冷凝水。

接着，将再生甲烷气体导入气体吹入装置4。气体吹入装置4经由第2脱水装置6连接于甲烷气体生成装置3。另外，气体吹入装置4具有将成为吹入还原剂的再生甲烷气体导入高炉1的风口2的甲烷气体供给部和将成为送风气体的氧气导入高炉的风口的氧气供给部。

例如，如图2(a)所示，气体吹入装置4由具有中心管4－1和外管4－3的同轴多重管构成。而且，向成为甲烷气体供给部(路)的中心管内路导入甲烷气体(再生甲烷气体和适当地导入的后述的外部甲烷气体)，向成为氧气供给部(路)的中心管4－1与外管4－3之间的环状管路导入氧气。

另外，可以一同使用其他吹入还原剂，例如煤粉、废塑料、氢气、一氧化碳气体等还原气体。应予说明，其他吹入还原剂向高炉内的吹入量优选合计150kg/t以下。这里，“kg/t”的单位是制造1t铁水时向高炉内吹入的其他吹入还原剂的量。

使用其他吹入还原剂时，也可以将其他吹入还原剂一同导入甲烷气体供给部。另外，作为其他吹入还原剂，使用煤粉、废塑料的情况下，优选与甲烷气体供给部不同地设置使煤粉、废塑料流通的其它还原剂供给部(路)。这种情况下，例如，如图2(b)所示，气体吹入装置3由中心管4－1和外管4－3之外还在中心管4－1与外管4－3之间设置的内管4－2的同轴多重管构成。而且，从成为另一还原剂供给部的中心管内路导入煤粉、废塑料等其他吹入还原剂。另外，从成为甲烷气体供给部的中心管4－1和外管4－3之间的环状管路导入甲烷气体，从成为氧气供给部的内管4－2与外管4－3之间的环状管路导入氧。

应予说明，如果送风气体使用常温的氧气，则着火性变差，因此，优选将构成气体吹入装置4的氧气供给部的外管的排出部设为多孔结构，促进氧气和吹入还原剂的混合。

另外，无需将从风口吹入高炉内的甲烷气体(以下，也称为吹入甲烷气体)全部使用再生甲烷气体，也可以配合炼钢厂的操作，使用从其它管线供给的甲烷气体(也称为外部甲烷气体)。这时，可以将外部甲烷气体的供给管线与气体吹入装置4的甲烷气体供给部连接，也可以将外部甲烷气体的供给管线与上述的其它还原剂供给部连接。另外，也可以将外部甲烷气体的供给管线与甲烷气体生成装置3与气体吹入装置4之间(优选第2脱水装置6与气体吹入装置4之间)的再生甲烷气体流通路连接。

应予说明，作为外部甲烷气体，例如可举出来自化石燃料的甲烷气体等。

接着，如图2(a)和(b)所示，在风口2内混合从气体吹入装置4导入的吹入甲烷气体等吹入还原剂和氧气，该混合气体从风口2向高炉1内吹入之后，迅速着火、迅速燃烧。进而，在风口2的前方的高炉内，形成吹入甲烷气体等吹入还原剂、焦炭与氧气反应的区域即回旋区8。

应予说明，如果送风气体中的氧浓度增加，则炉内气体量变少，高炉上部的装入物的升温有时变得不充分。此时，优选进行预热气体吹入，即，如图1所示，利用燃烧器7使第1脱水装置5的下游的高炉气体的一部分成为800℃～1000℃左右的方式部分燃烧后，向高炉炉身部进行吹入。

而且，本发明的一实施方式的高炉的操作方法中，如上所述，重要的是使用氧气作为送风气体，而非热风(加热到1200℃左右的空气)。

即，使用热风(加热到1200℃左右的空气)作为送风气体时，燃烧气体中包含不参与燃烧反应的50体积％左右的氮气，因此，回旋区的火焰的温度很难成为高温。因此，如果将高炉内吹入的还原剂的大部分由煤粉置换为甲烷气体，则因上述的煤粉与氧的反应的反应热与甲烷气体与氧的反应的反应热之差，风口前段温度降低，风口前段温度下降到合适温度的下限即2000℃。其结果，导致高炉下部的传热不足、压力损失上升，引起出渣不良等的操作故障。

另一方面，通过使用氧气作为送风气体，能够抑制不参与燃烧反应的氮气的混入，因此，能够将风口前段温度升温到充分的温度。即，使回旋区的火焰的温度与使用热风的情况相比成为高温。因此，从风口吹入大量的甲烷作为还原剂的情况下，也能够将风口前段温度控制在合适范围即2000℃～2400℃的范围。

根据以上，本发明的一实施方式的高炉的操作方法中，重要的是使用氧气作为送风气体。

应予说明，图8中示出使用热风(加热到1200℃左右空气)作为送风气体的条件(以下，也称为热风送风条件)和使用氧气(氧浓度：100体积％)作为送风气体的条件(以下，也称为氧气送风条件)下的后述的还原剂的循环碳原子的强度(以下，也简称为循环碳原子的强度)与风口前段温度的关系的一个例子。两个条件都是吹入还原剂全部使用再生甲烷气体(甲烷浓度：99.5体积％)。

如图8所示，可知热风送风条件中，如果循环碳原子的强度为52kg/t以上(即，再生甲烷的吹入量为97Nm ³/t以上)，则风口前段温度下降到低于适合温度的下限即2000℃。如此，在通常使用的热风送风条件下，如果使循环碳原子的强度为55kg/t以上，特别是为60kg/t以上，则导致风口前段温度的降低，无法进行稳定的操作。

另一方面，可知氧气送风条件下，即使将循环碳原子的强度为55kg/t以上，进而为60kg/t以上，也能够将风口前段温度保持在2000℃以上。

应予说明，图8的氧气送风条件下，在循环碳原子的强度为55kg/t～80kg/t的范围，风口前段温度超过适合温度的上限即2400℃。这是因为吹入还原剂全部使用再生甲烷，而吹入还原剂的一部分使用外部甲烷气体的情况下，循环碳原子的强度为55kg/t～80kg/t的范围时也能够将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围。另外，吹入还原剂全部使用再生甲烷的情况下，也可以通过调整氧气的氧浓度，将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围。

另外，氧气的氧浓度优选为80体积％以上。即，如果氧气的氧浓度低，则向高炉内导入的气体量乃至高炉的压力损失增大，生产率可能降低。另外，重复上述的气体循环的期间，再生甲烷气体中的甲烷气体的浓度相对降低。因此，氧气的氧浓度优选为80体积％以上。氧浓度更优选为90体积％以上，进一步优选为95体积％以上。特别是如果氧浓度为90体积％以上，则即便在超过通常的高炉的操作期间而进行操作的情况下，也能够不供给外部甲烷气体等就可以将再生甲烷气体中的甲烷气体浓度保持高浓度(90体积％程度)，因此非常有利。氧浓度也可以为100体积％。

应予说明，作为氧气中的氧以外的剩余的气体，例如可以含有氮气、二氧化碳、氩气等。

另外，由再生甲烷气体或再生甲烷气体和外部甲烷气体构成的吹入甲烷气体的甲烷浓度优选80体积％以上。

即，如果吹入甲烷气体中的甲烷浓度低，则向高炉内的吹入气体量乃至高炉的压力损失增大，有可能生产率降低。另外，在重复上述的气体循环的期间，再生甲烷气体中的甲烷浓度相对降低。因此，吹入甲烷气体的甲烷浓度优选为80体积％以上。吹入甲烷气体的甲烷浓度更优选为90体积％以上，进一步优选为95体积％以上。吹入甲烷气体的甲烷浓度也可以为100体积％。

出于相同的理由，再生甲烷气体和外部甲烷气体的甲烷浓度也分别优选为80体积％以上。再生甲烷气体和外部甲烷气体的甲烷浓度分别更优选为90体积％以上，进一步优选为95体积％以上。再生甲烷气体和外部甲烷气体的甲烷浓度也可以分别为100体积％。

应予说明，作为吹入甲烷气体、再生甲烷气体和外部甲烷气体中的甲烷以外的剩余的气体，例如，可以含有一氧化碳、二氧化碳、氢和烃以及氮气等杂质气体。

另外，再生甲烷气体的甲烷浓度降低的情况下，例如，通过降低吹入甲烷气体的再生甲烷气体的比例，另一方面，增加甲烷浓度高的外部甲烷气体的比例，能够将吹入甲烷气体中的甲烷浓度保持得较高。

另外，本发明的一实施方式的高炉的操作方法中，优选还原剂的循环碳原子的强度优选为55kg/t以上，更优选为60kg/t以上。

这里，循环碳原子的强度是制造1t铁水时作为还原剂高炉内吹入的再生甲烷气体的碳换算质量，由下式求出。

为了进行高炉的稳定操作，通常，需要将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围。因此，使用热风(加热到1200℃左右空气)作为送风气体的情况下，从将风口前段温度保持在上述的范围的观点考虑，最多只能将以碳换算质量计52kg/t左右的甲烷气体吹入高炉内。即，即便高炉内吹入的甲烷气体全部使用再生甲烷气体，还原剂的循环碳原子的强度也仅为52kg/t左右。

另一方面，本发明的一实施方式的高炉的操作方法中，即便大幅增加甲烷气体的吹入量，也能够将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围。因此，能够使还原剂的循环碳原子的强度增加到55kg/t以上，进一步可以增加到60kg/t以上。由此，来自高炉气体中包含的一氧化碳、二氧化碳的再生甲烷气体的使用量增加，进一步减少来自高炉的二氧化碳的排出量。还原剂的循环碳原子的强度优选为80kg/t以上，更优选为90kg/t以上。还原剂的循环碳原子的强度的上限没有特别限定，优选为110kg/t以下。

应予说明，还原剂的循环碳原子的强度可以通过调整吹入还原剂向再生甲烷气体的风口的吹入量来进行控制。

特别是通过使吹入甲烷气体的再生甲烷气体的比例为80体积％以上，优选为90体积％以上，得到高的二氧化碳的排出量减少效果。

另外，如图3所示，可以从高炉气体的一部分分离出二氧化碳气体并将高炉气体的剩余部分供给到炼钢厂内。并且，如图4所示，再生甲烷气体存在剩余部分的情况下，也可以将其剩余部分供给到炼钢厂内。

应予说明，氧气和还原剂的吹入量、其他操作条件没有特别限定，可以根据高炉的容量等适当地决定。

[高炉附属设备]

基于本发明的一实施方式的高炉附属设备是在上述的高炉的操作方法中使用的高炉附属设备，具备如下装置：

从上述副产气体分离出上述二氧化碳气体的气体分离装置，

由上述二氧化碳气体生成上述再生甲烷气体的甲烷气体生成装置，以及

具有将上述再生甲烷气体导入上述高炉的风口的甲烷气体供给部和将上述氧气导入上述高炉的风口的氧气供给部的气体吹入装置。

这里，气体分离装置，例如，可举出使用基于胺系吸收液的化学吸附法的二氧化碳分离装置等。

另外，气体分离装置例如具有二氧化碳气体吸入部和反应部。反应部中分离的二氧化碳气体被送到甲烷气体供给部。应予说明，例如，如图1所示，可以使分离后的余气合流于高炉气体向炼钢厂内的供给管线。

另外，甲烷气体生成装置例如具有二氧化碳气体吸入部、氢气体吸入部和反应部。反应部中，使从二氧化碳气体吸入部吸入的二氧化碳气体与从氢气体吸入部吸入的氢气体反应，生成再生甲烷气体。应予说明，甲烷气体的生成反应中引起发热，因此，反应部优选具备冷却机构。

另外，如上所述，例如，如图2(a)所示，气体吹入装置由具有中心管4－1和外管4－3的同轴多重管构成。而且向成为甲烷气体供给部(路)的中心管内路导入甲烷气体(导入再生甲烷气体和适当地导入后述的外部甲烷气体)，向成为氧气供给部(路)的中心管4－1与外管4－3之间的环状管路导入氧气。

另外，也可以一同使用其他吹入还原剂，例如，煤粉、废塑料、氢气体、一氧化碳气体等还原气体。

使用其他吹入还原剂时，其他吹入还原剂可以一同导入甲烷气体供给部。另外，作为其他吹入还原剂，使用煤粉、废塑料的情况下，优选与甲烷气体供给部分开设置供煤粉、废塑料流通的其它还原剂供给部(路)。这时，例如，图2(b)所示，气体吹入装置由除了中心管4－1和外管4－3之外还在中心管4－1与外管4－3之间设置内管4－2的同轴多重管构成。而且，从成为其它还原剂供给部的中心管内路导入煤粉、废塑料等其他吹入还原剂。另外，从成为甲烷气体供给部的中心管4－1与外管4－3之间的环状管路导入甲烷气体，从成为氧气供给部的内管4－2与外管4－3之间的环状管路导入氧。

实施例

使用图1、图3～7中示意地示出的高炉和高炉附属设备在表1所示的条件进行高炉操作，对操作中的风口前段温度和从高炉的二氧化碳的排出量进行评价。将评价结果一并记载于表1。

应予说明，图5～7中，符号9为热风炉，11为热风炉排气用脱水装置。

这里，发明例1中，使用图1中示意地示出的高炉和高炉附属设备，从高炉气体的一部分分离出二氧化碳气体，由二氧化碳气体生成再生甲烷气体，将高炉气体的剩余部分供给到炼钢厂内。另外，吹入还原剂全部使用再生甲烷气体，将再生甲烷气体的剩余部分供给到炼钢厂内。应予说明，从高炉气体分离出的二氧化碳气体的二氧化碳浓度为100体积％。发明例2～5中也相同。

发明例2中，使用图3示意地示出的高炉和高炉附属设备，从高炉气体的一部分分离出二氧化碳气体，由二氧化碳气体生成再生甲烷气体，将高炉气体的剩余部分供给到炼钢厂内。另外，吹入还原剂全部使用再生甲烷气体，以不产生再生甲烷气体的剩余部分的方式调整再生甲烷气体的生成量。

发明例3中，使用图4中模式地示出的高炉和高炉附属设备，由全部高炉气体分离出二氧化碳气体，由二氧化碳气体生成再生甲烷气体。另外，吹入还原剂全部使用再生甲烷气体，将再生甲烷气体的剩余部分供给到炼钢厂内。

发明例4和5中，使用图3中模式地示出的高炉和高炉附属设备，从高炉气体的一部分分离出二氧化碳气体，由二氧化碳气体生成再生甲烷气体，将高炉气体的剩余部分供给到炼钢厂内。另外，吹入还原剂除了再生甲烷气体，一部分使用来自化石燃料的外部甲烷气体。

另一方面，比较例1中，使用图5中示意性示出的高炉和高炉附属设备。即，比较例1是使用热风(加热到1200℃左右空气(氧浓度：21～25体积％左右))作为送风气体，使用煤粉作为吹入还原剂的、通常的高炉操作方法。应予说明，不进行来自高炉气体的二氧化碳气体的分离和再生甲烷气体的生成。

比较例2中，使用图6中示意性示出的高炉和高炉附属设备。这里，使用热风(加热到1200℃左右空气(氧浓度：21～25体积％左右))作为送风气体，使用再生甲烷气体作为吹入还原剂。另外，生成再生甲烷气体前，从高炉气体分离出一氧化碳和二氧化碳，由分离的一氧化碳和二氧化碳生成再生甲烷气体。

比较例3中，使用图7中示意性示出的高炉和高炉附属设备。这里，使用热风(加热到1200℃左右空气(氧浓度：21～25体积％左右))作为送风气体，使用再生甲烷气体作为吹入还原剂。另外，再生甲烷气体的生成使用热风炉的副产气体(以下，也称为热风炉排气)，而非高炉气体。而且，从热风炉排气分离出二氧化碳，由分离出的二氧化碳生成再生甲烷气体。

比较例4中，使用图1中示意性示出的高炉和高炉附属设备，由高炉气体的一部分生成再生甲烷气体，将高炉气体的剩余部分供给到炼钢厂内。另外，吹入还原剂除了再生甲烷气体，一部分使用来自化石燃料的外部甲烷气体。

比较例5中，与比较例2同样地使用图6中示意性示出的高炉和高炉附属设备。应予说明，比较例5中除了增加吹入甲烷气体比以外，为与比较例2相同的条件。

应予说明，从比较的观点考虑，高炉的规格尽可能进行了统一。即，炉身效率为94％，热损失为150000kcal/t。

应予说明，单位“kcal/t”是制造1t铁水时产生的热损失量(kcal)。相同，焦炭比等中使用的单位“kg/t”是制造1t铁水时使用的焦炭的量(kg)等。另外，吹入甲烷比等中使用的单位“Nm³/t”也是指制造1t铁水时吹入高炉内的吹入甲烷气体中的甲烷量(Nm³)等(应予说明，吹入甲烷比是再生甲烷比和外部甲烷比之和，但再生甲烷气体包含甲烷以外的微量的剩余的气体。另外，表1中显示的再生甲烷比和外部甲烷比的值均为不包括甲烷以外的微量的剩余的气体的甲烷量，将小数点以下第1位四捨五入而得的值。因此，表1中的吹入甲烷比和再生甲烷比以及外部甲烷比之和有时不一致)。

另外，表1中的“高炉InputC”是制造1t铁水时使用的来自外部的(具体而言，焦炭，煤粉和外部甲烷气体中所包含的)碳原子的质量(kg)。并且，表1中的“高炉气体的多余量(炼钢厂内供给量)”也包括分离后余气。

如表1所示，发明例中均通过将风口前段温度控制在2000℃～2400℃的范围而能够进行稳定的高炉的操作，并且，能够减少从高炉向外部排出的二氧化碳量。特别是发明例1～3中，能够大幅减少从高炉向外部排出的二氧化碳量。

另一方面，比较例1～4中得不到充分的二氧化碳量的减少效果。另外，比较例5中，由于吹入甲烷气体量的增加，风口前段温度低于2000℃，因此无法进行稳定的高炉的操作。

符号说明

1：高炉

2：风口

3：甲烷气体生成装置

4：气体吹入装置

4－1：中心管

4－2：内管

4－3：外管

5：第1脱水装置

6：第2脱水装置

7：燃烧器

8：回旋区

9：热风炉

10：气体分离装置

11：热风炉排气用脱水装置

Claims

1.一种高炉的操作方法，具有如下工序：

从自所述高炉排出的副产气体分离出二氧化碳气体的工序，

由所述二氧化碳气体生成再生甲烷气体的工序，

从所述高炉的风口向所述高炉内吹入送风气体和还原剂的工序；

其中，使用氧气作为所述送风气体，并且，所述还原剂的至少一部分使用所述再生甲烷气体。

2.根据权利要求1所述的高炉的操作方法，其中，所述还原剂中的循环碳原子的强度为60kg/t以上，

其中，循环碳原子的强度是指制造1t铁水时作为还原剂吹入到高炉内的再生甲烷气体的碳换算质量，由下式求出：

[循环碳原子的强度(kg/t)]＝[作为还原剂吹入高炉内的再生甲烷气体中的甲烷的质量(kg)]×(12/16)÷[铁水制造量(t)]。

3.根据权利要求1或2所述的高炉的操作方法，其中，所述氧气的氧浓度为80体积％以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高炉的操作方法，其中，从所述副产气体的一部分分离所述二氧化碳气体并将所述副产气体的剩余部分供给到炼钢厂内。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高炉的操作方法，其中，将所述再生甲烷气体的剩余部分供给到炼钢厂内。

6.一种高炉附属设备，在权利要求1～5中任一项所述的高炉的操作方法中使用，具备如下装置：

气体分离装置，从所述副产气体分离出所述二氧化碳气体；

甲烷气体生成装置，由所述二氧化碳气体生成所述再生甲烷气体；以及

气体吹入装置，具有将所述再生甲烷气体导入所述高炉的风口的甲烷气体供给部和将所述氧气导入所述高炉的风口的氧气供给部。