RU2802414C1

RU2802414C1 - Method of operation of blast furnace and auxiliary assembly of blast furnace

Info

Publication number: RU2802414C1
Application number: RU2022114704A
Authority: RU
Inventors: Койти ТАКАХАСИ; Тайхэй НУТИ; Сумито ОДЗАВА; Юки КАВАСИРИ; Юя МОРИТА
Original assignee: ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2023-08-28

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method for blowing gas into a blast furnace includes obtaining recovered gaseous methane from off-gas discharged from the blast furnace and blowing blast-furnace gas and a reducing agent into the blast furnace from a tuyere. In this case, the blast-furnace gas is an oxygen-containing gas, and recovered gaseous methane is used at least as part of the reducing agent. Moreover, the carbon equivalent mass of the recovered gaseous methane, which is blown into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal, is 55 kg/t or more.

EFFECT: invention makes it possible to reduce the amount of carbon dioxide emissions from a blast furnace under stable operation conditions.

12 cl, 8 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиField of technology

Настоящее раскрытие относится к способу эксплуатации доменной печи и вспомогательному узлу доменной печи.The present disclosure relates to a method of operating a blast furnace and a blast furnace auxiliary unit.

Уровень техникиState of the art

В последние годы существует большая потребность в уменьшении выбросов диоксида углерода (CO₂) на фоне глобальных экологических проблем. С учётом вышесказанного, при эксплуатации доменной печи, установленной на сталелитейном заводе, необходим её рабочий режим с низкой скоростью потока восстановителя (низкая RAR).In recent years, there has been a great need to reduce carbon dioxide (CO ₂ ) emissions amid global environmental challenges. With this in mind, when operating a blast furnace installed in a steel mill, a low reducing agent flow rate (low RAR) operating mode is required.

В типичной доменной печи горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°C) подают в доменную печь в виде доменного газа из фурмы. В результате кислород, содержащийся в горячем дутье, реагирует с коксом или тонко измельчённым углём как восстановителем с получением газообразных монооксида углерода (CO) и водорода (H₂). Указанные газообразные монооксид углерода и водород восстанавливают железную руду, загруженную в доменную печь. В дополнение к этому, в течение реакции восстановления железной руды образуется диоксид углерода.In a typical blast furnace, hot blast (air heated to approximately 1200°C) is supplied to the blast furnace in the form of blast furnace gas from the tuyere. As a result, the oxygen contained in the hot blast reacts with coke or finely ground coal as a reducing agent to produce carbon monoxide (CO) and hydrogen (H ₂ ) gases. Said carbon monoxide and hydrogen gases reduce iron ore loaded into a blast furnace. In addition to this, carbon dioxide is produced during the reduction reaction of iron ore.

Доменный газ является газом, который вдувают в доменную печь из фурмы. Доменный газ также играет роль в газификации тонко измельчённого угля и кокса в доменной печи.Blast furnace gas is the gas that is blown into the blast furnace from a tuyere. Blast furnace gas also plays a role in the gasification of finely ground coal and coke in the blast furnace.

В качестве способа уменьшения выбросов диоксида углерода в режимах эксплуатации доменных печей предложен способ риформинга монооксида углерода и диоксида углерода, содержащихся в отходящем газе, выпускаемом из доменной печи, и т.д., для получения углеводородов, таких как метан и этанол, и введения полученных углеводородов обратно в доменную печь в качестве восстановителя.As a method for reducing carbon dioxide emissions in blast furnace operating conditions, a method has been proposed for reforming carbon monoxide and carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from a blast furnace, etc., to produce hydrocarbons such as methane and ethanol, and introducing the resulting hydrocarbons back to the blast furnace as a reducing agent.

Например, в заявке на японский патент JP2011-225969A (PTL 1) описаны: For example, Japanese patent application JP2011-225969A (PTL 1) describes:

«стадия (A) отделения и извлечения CO₂ и/или CO из смешанного газа, содержащего CO₂ и/или CO; стадия (B) добавления водорода к CO₂ и/или CO, отделённым и извлечённым на стадии (A), и превращения CO₂ и/или CO в CH₄; стадия (C) отделения и извлечения H₂O из газа, претерпевшего превращения на стадии (B), и стадия (D) вдувания газа, который претерпел превращения на стадии (C), в доменную печь».“step (A) of separating and extracting CO ₂ and/or CO from a mixed gas containing CO ₂ and/or CO; step (B) of adding hydrogen to the CO ₂ and/or CO separated and recovered in step (A), and converting the CO ₂ and/or CO into CH ₄ ; a step (C) of separating and extracting H ₂ O from the gas transformed in step (B), and a step (D) of injecting the gas transformed in step (C) into a blast furnace."

В заявке на японский патент JP2014-005510A (PTL 2) описан: Japanese patent application JP2014-005510A (PTL 2) describes:

«способ эксплуатации доменной печи, включающий в себя выделение CO₂ из отработанного газа пламенной печи, в котором отходящий газ доменной печи используют в целом или как часть топлива; осуществление риформинга выделенного CO₂ в метан для получения газа-восстановителя и вдувание газа-восстановителя в доменную печь”. “a method of operating a blast furnace including separating CO ₂ from a combustion furnace exhaust gas, in which the blast furnace exhaust gas is used as a whole or as part of a fuel; reforming the separated CO ₂ into methane to produce a reducing gas and injecting the reducing gas into the blast furnace.”

Список цитированияCitation list

Патентные документыPatent documents

PTL 1: заявка на патент Японии JP 2011-225969APTL 1: Japanese Patent Application JP 2011-225969A

PTL 2: заявка на патент Японии JP 2014-005510APTL 2: Japanese Patent Application JP 2014-005510A

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Техническая проблемаTechnical problem

Однако в рамках способов документов PTL 1 и 2, когда количество метана, вдуваемого в доменную печь в качестве восстановителя, превышает определённый уровень, это может вызывать эксплуатационные проблемы, такие как недостаточный нагрев нижней части доменной печи, увеличение перепада давления и невозможность выпуска металла из печи.However, under PTL Methods 1 and 2, when the amount of methane injected into the blast furnace as a reducing agent exceeds a certain level, it can cause operational problems such as insufficient heating of the bottom of the blast furnace, increased pressure drop and inability to discharge metal from the furnace .

С учётом вышесказанного, существует потребность в разработке способа эксплуатации доменной печи, при помощи которого можно дополнительно уменьшать объём выбросов диоксида углерода из доменной печи в условиях стабильной работы.In view of the above, there is a need to develop a method of operating a blast furnace that can further reduce the amount of carbon dioxide emissions from a blast furnace under stable operation conditions.

С точки зрения текущей ситуации, описанной выше, может быть целесообразным предоставление способа эксплуатации доменной печи, при помощи которого можно дополнительно уменьшать объём выбросов диоксида углерода из доменной печи в условиях стабильной работы.In view of the current situation described above, it may be appropriate to provide a method of operating a blast furnace that can further reduce the amount of carbon dioxide emissions from the blast furnace under stable operation conditions.

Могло бы быть полезным также привнесение вспомогательного узла доменной печи для использования в способе эксплуатации доменной печи, описанном выше.It could also be useful to provide a blast furnace auxiliary assembly for use in the blast furnace operating method described above.

Решение проблемыSolution

Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования для достижения целей, изложенных выше.The inventors of the present invention have conducted intensive research to achieve the objectives set out above.

Прежде всего, авторы изучили причину возникновения эксплуатационных проблем в случае, когда количество метана, вдуваемого в доменные печи в качестве восстановителя, превышает определённый уровень, указанный в способах документов PTL 1 и 2.First, the authors examined the cause of operational problems when the amount of methane injected into blast furnaces as a reducing agent exceeds a certain level specified in PTL methods 1 and 2.

В результате, авторы изобретения обнаружили следующее.As a result, the inventors discovered the following.

Когда количество метана, вдуваемого в доменную печь в качестве восстановителя, превышает определённый уровень, температура пламени (далее в настоящем документе называемая температурой на выходе из фурмы), порождаемая в результате сгорания вдуваемого восстановителя и кокса в зоне горения (зона циркуляции), вблизи выпускного отверстия фурмы значительно снижается. Снижение температуры на выходе из фурмы становится причиной эксплуатационных проблем, таких как недостаточный нагрев нижней части доменной печи, увеличение перепада давления и невозможность выпуска металла из печи.When the amount of methane injected into a blast furnace as a reducing agent exceeds a certain level, the flame temperature (hereinafter referred to as the tuyere outlet temperature) generated by the combustion of the injected reducing agent and coke in the combustion zone (circulation zone) near the outlet tuyere is significantly reduced. A decrease in temperature at the tuyere outlet causes operational problems such as insufficient heating of the bottom of the blast furnace, increased pressure drop and the inability to release metal from the furnace.

Подробным образом, когда в качестве восстановителя вдувают в доменную печь из фурмы тонко измельчённый уголь, то, поскольку основным компонентом тонко измельчённого угля является углерод, в зоне циркуляции протекает следующая реакция:In detail, when finely ground coal is blown into a blast furnace from a tuyere as a reducing agent, since the main component of finely ground coal is carbon, the following reaction occurs in the circulation zone:

C + 0,5O₂ = CO + 110,5 кДж/моль.C + 0.5O ₂ = CO + 110.5 kJ/mol.

С другой стороны, когда в качестве восстановителя вдувают в доменную печь из фурмы метан, в зоне циркуляции протекает следующая реакция:On the other hand, when methane is blown into a blast furnace from a tuyere as a reducing agent, the following reaction occurs in the circulation zone:

CH₄ + 0,5O₂ = CO + 2H₂ + 35,7 кДж/моль.CH ₄ + 0.5O ₂ = CO + 2H ₂ + 35.7 kJ/mol.

Количество тепла, выделяющегося в ходе реакции, в случае превращения в один моль общего количества CO и H₂, составляет 11,9 кДж/моль.The amount of heat released during the reaction, if the total amount of CO and H ₂ is converted into one mole, is 11.9 kJ/mol.

Для стабильной работы доменной печи необходимо регулировать температуру в выпускном отверстии фурмы в диапазоне от 2000°С до 2400°С. Однако, если большую часть восстановителя на основе тонко измельчённого угля, вдуваемого в доменную печь, заменяют на газообразный метан, температура в выпускном отверстии фурмы понизится вследствие различия в теплоте реакции, описанного выше. В результате, температуру в выпускном отверстии фурмы невозможно регулировать в пределах вышеуказанного диапазона, и возникают различные эксплуатационные проблемы.For stable operation of a blast furnace, it is necessary to regulate the temperature at the tuyere outlet in the range from 2000°C to 2400°C. However, if most of the fine coal reducing agent blown into the blast furnace is replaced by methane gas, the temperature at the tuyere outlet will decrease due to the difference in heat of reaction described above. As a result, the temperature at the lance outlet cannot be controlled within the above range, and various operational problems arise.

На основании обнаруженных фактов, приведённых выше, авторы изобретения выполнили дополнительные исследования.Based on the findings above, the inventors performed additional research.

В результате, авторы обнаружили следующее. Использование газообразного кислорода, вместо горячего дутья (воздуха, нагретого примерно до 1200°С), в качестве доменного газа эффективно предотвращало снижение температуры в выпускном отверстии фурмы даже в случае, когда в качестве восстановителя используют большое количество метана, вдуваемого в доменную печь. Кроме того, за счёт выделения такого метана из отходящего газа, отводимого из доменной печи, и вдувания выделенного метана (рекуперированного газообразного метана) обратно в доменную печь в качестве восстановителя может достигаться стабильная работа доменной печи одновременно при дополнительном уменьшении выбросов диоксида углерода из доменной печи.As a result, the authors found the following. The use of oxygen gas, instead of hot blast (air heated to approximately 1200° C.), as the blast furnace gas effectively prevented the temperature drop at the tuyere outlet even when a large amount of methane was blown into the blast furnace as the reducing agent. In addition, by separating such methane from the exhaust gas removed from the blast furnace and injecting the recovered methane (recovered methane gas) back into the blast furnace as a reducing agent, stable operation of the blast furnace can be achieved simultaneously while further reducing carbon dioxide emissions from the blast furnace.

В дополнение к этому, количество азота, содержащегося в отходящем газе, отводимом из доменной печи, значительно уменьшается за счёт использования кислородсодержащего газа с особенно высокой концентрацией кислорода в качестве доменного газа. В результате, процесс выделения монооксида углерода и диоксида углерода из отходящего газа больше не является обязательным, что чрезвычайно предпочтительно в отношении компактности оборудования.In addition, the amount of nitrogen contained in the exhaust gas discharged from the blast furnace is significantly reduced by using an oxygen-containing gas with a particularly high oxygen concentration as the blast furnace gas. As a result, the process of separating carbon monoxide and carbon dioxide from the exhaust gas is no longer necessary, which is extremely advantageous in terms of compactness of the equipment.

Авторы изобретения полагают, что причина того, почему в выпускном отверстии фурмы температуру можно регулировать в диапазоне от 2000°С до 2400°С за счёт использования кислородсодержащего газа в качестве доменного газа даже в случае, когда используют большое количество метана в качестве восстановителя, вдуваемого в доменную печь, состоит в следующем.The inventors believe that the reason why the temperature at the tuyere outlet can be controlled in the range of 2000°C to 2400°C by using oxygen-containing gas as the blast furnace gas even in the case where a large amount of methane is used as the reducing agent injected into blast furnace is as follows.

Конкретно, когда в качестве доменного газа используют горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С), газообразный продукт сгорания содержит азот в количестве около 50% об., который не способствует реакции горения, и, таким образом, температура пламени в зоне циркуляции вряд ли повышается. С учётом вышесказанного, когда большую часть восстановителя на основе тонко измельчённого угля, вдуваемого в доменную печь, заменяют на газообразный метан, разность между теплотой реакции в смеси тонко измельчённый уголь-кислород и теплотой реакции в смеси газообразный метан-кислород, описанная выше, будет вызывать снижение температуры в выпускном отверстии фурмы, и в конечном итоге температура на выходе из фурмы упадёт ниже 2000°С, что является нижним пределом соответствующей температуры.Specifically, when hot blast (air heated to about 1200°C) is used as blast furnace gas, the combustion gas contains nitrogen in an amount of about 50% vol., which does not contribute to the combustion reaction, and thus the flame temperature in the circulation zone unlikely to rise. With this in mind, when most of the fine coal reducing agent blown into a blast furnace is replaced by methane gas, the difference between the heat of reaction in the fine coal-oxygen mixture and the heat of reaction in the methane gas-oxygen mixture described above will cause decrease in temperature at the tuyere outlet, and eventually the temperature at the tuyere outlet will fall below 2000°C, which is the lower limit of the corresponding temperature.

С другой стороны, использование кислородсодержащего газа в качестве доменного газа может подавлять подмешивание газообразного азота, который не способствует реакции горения, так что температура в выпускном отверстии фурмы может повышаться до адекватной температуры. Подробным образом отметим, что в зоне циркуляции может достигаться более высокая температура пламени, чем в случае использования горячего дутья, так что даже при вдувании из фурмы большого количества метана в качестве восстановителя, температуру на выходе из фурмы можно регулировать в диапазоне от 2000°С до 2400°С, который является адекватным диапазоном.On the other hand, using an oxygen-containing gas as a blast furnace gas can suppress the admixture of nitrogen gas, which does not promote the combustion reaction, so that the temperature at the tuyere outlet can be raised to an adequate temperature. We note in detail that in the circulation zone a higher flame temperature can be achieved than in the case of using hot blast, so that even when a large amount of methane is injected from the tuyere as a reducing agent, the temperature at the outlet of the tuyere can be adjusted in the range from 2000 ° C to 2400°C, which is an adequate range.

Настоящее раскрытие основывается на указанных обнаруженных фактах и дополнительных исследованиях.This disclosure is based on these findings and additional research.

Первичные признаки настоящего раскрытия являются следующими.The primary features of the present disclosure are as follows.

1. Способ эксплуатации доменной печи, включающий в себя следующее:1. A method of operating a blast furnace, including the following:

получают рекуперированный газообразный метан из отходящего газа, отводимого из доменной печи, иrecover methane gas from blast furnace waste gas, and

вдувают доменный газ и восстановитель в доменную печь из фурмы,blast furnace gas and reducing agent are blown into the blast furnace from the tuyere,

при этом доменный газ представляет собой кислородсодержащий газ, а рекуперированный газообразный метан используют, по меньшей мере, как часть восстановителя.wherein the blast furnace gas is an oxygen-containing gas, and the recovered methane gas is used as at least part of the reducing agent.

2. Способ эксплуатации доменной печи по п. 1, в котором скорость расхода циркулирующих атомов углерода, имеющихся в восстановителе, составляет 60 кг/т или больше,2. The method of operating a blast furnace according to claim 1, in which the consumption rate of circulating carbon atoms present in the reducing agent is 60 kg/t or more,

при этом скорость расхода циркулирующих атомов углерода представляет собой эквивалентную массу углерода рекуперированного газообразного метана, который вдувают в доменную печь в качестве восстановителя для получения 1 т горячего металла, и её определяют при помощи следующего уравнения:wherein the rate of consumption of circulating carbon atoms is the equivalent carbon mass of recovered methane gas, which is injected into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal, and is determined using the following equation:

[Скорость расхода циркулирующих атомов углерода (кг/т)] = [Масса метана в рекуперированном газообразном метане, вдуваемом в доменную печь в качестве восстановителя (кг)] × (12/16) ÷ [Объём производства горячего металла (т)].[Circulating carbon atom consumption rate (kg/t)] = [Mass of methane in recovered methane gas injected into the blast furnace as a reducing agent (kg)] × (12/16) ÷ [Hot metal production volume (t)].

3. Способ эксплуатации доменной печи по п. 1 или 2, в котором кислородсодержащий газ имеет концентрацию кислорода 80 % об. или больше. 3. The method of operating a blast furnace according to claim 1 or 2, in which the oxygen-containing gas has an oxygen concentration of 80% vol. or more.

4. Способ эксплуатации доменной печи по любому из пп. 1 - 3, в котором из части отходящего газа получают рекуперированный газообразный метан, а излишек отходящего газа подают на сталелитейный завод.4. Method of operating a blast furnace according to any one of paragraphs. 1 - 3, in which recovered methane gas is produced from a portion of the off-gas and the excess off-gas is supplied to a steel mill.

5. Способ эксплуатации доменной печи по любому из пп. 1 - 4, в котором излишек рекуперированного газообразного метана подают на сталелитейный завод.5. Method of operating a blast furnace according to any one of paragraphs. 1 - 4, in which excess recovered methane gas is supplied to a steel mill.

6. Вспомогательный узел доменной печи, применяемый в способе эксплуатации доменной печи по любому из пп. 1 - 5, заключающий в себе 6. An auxiliary unit of a blast furnace used in the method of operating a blast furnace according to any one of paragraphs. 1 - 5, containing

устройство для рекуперации газообразного метана, в котором вырабатывается рекуперированный газообразный метан из отходящего газа, иa methane gas recovery device that produces recovered methane gas from the exhaust gas, and

устройство для вдувания газа, имеющее секцию подачи газообразного метана, в которой рекуперированный газообразный метан вводят в фурму доменной печи, и секцию подачи кислородсодержащего газа, в которой кислородсодержащий газ вводят в фурму доменной печи. a gas injection device having a methane gas supply section in which recovered methane gas is introduced into the blast furnace tuyere, and an oxygen-containing gas supply section in which the oxygen-containing gas is introduced into the blast furnace tuyere.

Полезный эффектBeneficial effect

Настоящее раскрытие обеспечивает возможность дополнительного уменьшения выбросов диоксида углерода (CO₂) из доменной печи в условиях стабильной работы. Применение газообразного метана, полученного из отходящего газа доменной печи, также может приводить к снижению используемого количества кокса и тонко измельчённого угля, то есть, количества угля как потребляемого исчерпаемого, ископаемого топлива.The present disclosure provides the ability to further reduce carbon dioxide (CO ₂ ) emissions from a blast furnace under stable operating conditions. The use of methane gas obtained from blast furnace exhaust gas can also lead to a reduction in the amount of coke and finely ground coal used, that is, the amount of coal consumed as an exhaustible fossil fuel.

В дополнение к этому, поскольку количество азота в отходящем газе, отводимом из доменной печи, значительно уменьшается, процесс выделения монооксида углерода и диоксида углерода из отходящего газа, или другими словами, огромный сепаратор для адсорбции при переменном давлении (PSA) или тому подобное оборудование не является обязательным, что крайне предпочтительно в аспекте достижения большей компактности оборудования.In addition to this, since the amount of nitrogen in the exhaust gas discharged from the blast furnace is greatly reduced, the process of separating carbon monoxide and carbon dioxide from the exhaust gas, or in other words, a huge pressure swing adsorption (PSA) separator or the like equipment is not is mandatory, which is highly preferable in terms of achieving greater compactness of the equipment.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На сопроводительных чертежах: On the accompanying drawings:

на фиг. 1 схематично проиллюстрирован пример доменной печи и вспомогательного узла доменной печи, применяемого в способе эксплуатации доменной печи, в соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления;in fig. 1 schematically illustrates an example of a blast furnace and a blast furnace auxiliary assembly used in a method of operating a blast furnace, in accordance with one of the disclosed embodiments;

на каждой из фиг. 2A и 2B схематично проиллюстрирован пример устройства для вдувания газа, применяемого в способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления;in each of figs. 2A and 2B schematically illustrate an example of a gas injection device used in a method of operating a blast furnace in accordance with one of the disclosed embodiments;

на фиг. 3 схематично проиллюстрирован пример доменной печи и вспомогательного узла доменной печи, применяемого в способе эксплуатации доменной печи, в соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления;in fig. 3 schematically illustrates an example of a blast furnace and a blast furnace auxiliary assembly used in a method of operating a blast furnace, in accordance with one of the disclosed embodiments;

на фиг. 4 схематично проиллюстрирован пример доменной печи и вспомогательного узла доменной печи, применяемого в способе эксплуатации доменной печи, в соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления;in fig. 4 schematically illustrates an example of a blast furnace and a blast furnace auxiliary assembly used in a method of operating a blast furnace, in accordance with one of the disclosed embodiments;

на фиг. 5 схематично проиллюстрированы доменная печь и вспомогательный узел доменной печи, используемые в сравнительном примере;in fig. 5 schematically illustrates a blast furnace and a blast furnace auxiliary unit used in a comparative example;

на фиг. 6 схематично проиллюстрированы доменная печь и вспомогательный узел доменной печи, используемые в сравнительном примере;in fig. 6 schematically illustrates a blast furnace and a blast furnace auxiliary unit used in a comparative example;

на фиг. 7 схематично проиллюстрированы доменная печь и вспомогательный узел доменной печи, используемые в сравнительном примере; иin fig. 7 schematically illustrates a blast furnace and a blast furnace auxiliary unit used in the comparative example; And

на фиг. 8 проиллюстрирован пример соотношения между скоростью расхода циркулирующих атомов углерода и температурой в выпускном отверстии фурмы в случае горячего дутья, а также условия вдувания кислородсодержащего газа.in fig. Figure 8 illustrates an example of the relationship between the flow rate of circulating carbon atoms and the temperature at the tuyere outlet in the case of hot blast, as well as the conditions for injection of oxygen-containing gas.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Далее настоящее раскрытие будет описано на основе следующих ниже вариантов осуществления.Next, the present disclosure will be described based on the following embodiments.

Один из раскрытых вариантов осуществления представляет собой способ эксплуатации доменной печи, включающий в себяOne of the disclosed embodiments is a method of operating a blast furnace, including

получение рекуперированного газообразного метана из отходящего газа, отводимого из доменной печи, иobtaining recovered methane gas from blast furnace waste gas, and

вдувание доменного газа и восстановителя в доменную печь из фурмы,injection of blast furnace gas and reducing agent into the blast furnace from the tuyere,

Прежде всего, будет описан способ эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления, на примере случая, когда данный способ используют применительно к доменной печи и вспомогательному узлу доменной печи, схематично проиллюстрированным на фиг. 1.First, a method of operating a blast furnace according to one of the disclosed embodiments will be described, taking as an example the case where the method is used in connection with a blast furnace and a blast furnace auxiliary unit, schematically illustrated in FIG. 1.

На указанной фигуре позиция 1 представляет доменную печь, позиция 2 представляет фурму, позиция 3 представляет устройство для получения газообразного метана, позиция 4 представляет устройство для вдувания газа, позиция 5 представляет первое устройство для обезвоживания, позиция 6 представляет второе устройство для обезвоживания, а позиция 7 представляет горелку.In the figure, item 1 represents a blast furnace, item 2 represents a tuyere, item 3 represents a device for producing methane gas, item 4 represents a gas injection device, item 5 represents a first dewatering device, item 6 represents a second dehydration device, and item 7 represents the burner.

Употребляемый в настоящем документе термин «доменная печь» включает в себя восстановительные печи шахтного типа.As used herein, the term “blast furnace” includes shaft-type reduction furnaces.

Как эксплуатировать доменную печьHow to operate a blast furnace

В способе эксплуатации доменной печи в соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления, агломерат, кусковую руду и гранулы (далее в настоящем документе называемые также рудным материалом), кокс и т.д., которые являются исходными материалами, загружают в доменную печь из верхней части печи (не отображено). В дополнение к этому, в доменную печь 1 вдувают доменный газ и восстановитель из фурмы 2, предусмотренной в нижней части доменной печи. Восстановитель, который вдувают в доменную печь 1 из фурмы 2, называют также «вдуваемым восстановителем» для различения его от кокса.In the method of operating a blast furnace according to one of the disclosed embodiments, sinter, lump ore and granules (hereinafter also referred to as ore material), coke, etc., which are raw materials, are charged into the blast furnace from the upper part ovens (not shown). In addition, blast furnace gas and reducing agent are injected into the blast furnace 1 from a tuyere 2 provided at the bottom of the blast furnace. The reducing agent that is blown into the blast furnace 1 from the tuyere 2 is also called “injected reducing agent” to distinguish it from coke.

Газообразный монооксид углерода и газообразный водород, образующиеся по реакции между доменным газом и восстановителем, приводят к уменьшению объёма рудного материала, загружаемого в доменную печь 1. В ходе реакции восстановления рудного материала образуется диоксид углерода. Затем диоксид углерода отводят из верхней части доменной печи в виде отходящего газа, вместе с монооксидом углерода и водородом, не прореагировавшими с рудным материалом. Верхняя часть доменной печи находится в условиях высокого давления, около 2,5 атм. С учётом вышесказанного, водяной пар конденсируется вследствие расширения и охлаждения отходящего газа, отводимого из верхней части доменной печи (далее в настоящем документе называемого также отходящим газом доменной печи), поскольку он возвращается к нормальному давлению. После этого конденсат удаляют при посредстве первого устройства 5 для обезвоживания.Carbon monoxide gas and hydrogen gas generated by the reaction between the blast furnace gas and the reducing agent lead to a decrease in the volume of ore material loaded into blast furnace 1. During the reduction reaction of the ore material, carbon dioxide is formed. Carbon dioxide is then removed from the top of the blast furnace as a waste gas, along with carbon monoxide and hydrogen that have not reacted with the ore material. The upper part of the blast furnace is under high pressure, about 2.5 atm. With that said, water vapor condenses due to the expansion and cooling of the off-gas removed from the top of the blast furnace (hereinafter also referred to as blast furnace off-gas) as it returns to normal pressure. The condensate is then removed by means of the first dewatering device 5.

Затем, по меньшей мере, часть отходящего газа доменной печи подают в устройство 3 для рекуперации газообразного метана. После этого монооксид углерода и диоксид углерода, содержащиеся в отходящем газе доменной печи, реагируют с газообразным водородом в устройстве 3 для рекуперации газообразного метана с образованием газообразного метана (CH₄). В настоящем документе газообразный метан, полученный в результате взаимодействия отходящего газа доменной печи, называется рекуперированным газообразным метаном.Then, at least part of the blast furnace exhaust gas is supplied to the device 3 for recovering methane gas. Thereafter, carbon monoxide and carbon dioxide contained in the blast furnace exhaust gas are reacted with hydrogen gas in the methane gas recovery device 3 to produce methane gas (CH ₄ ). Herein, the methane gas obtained by reacting the blast furnace exhaust gas is referred to as recovered methane gas.

Водород, используемый для получения рекуперированного газообразного метана, может поставляться извне, но предпочтительно производится способом, в котором образуется как можно меньше диоксида углерода. Например, можно использовать электролиз воды. Газообразный водород необязательно должен являться газом с концентрацией водорода 100% об., но с целью достижения высокой концентрации метана в рекуперированном газообразном метане предпочтительно используют газ с высокой концентрацией водорода, конкретно, газообразный водород с концентрацией водорода 80% об. или больше. Более предпочтительной является концентрация водорода 90% об. или больше, а ещё предпочтительнее 95% об. или больше. Концентрация водорода может составлять 100% об. Остальная часть газа, отличная от водорода, включает в себя, например, CO, CO₂, H₂S, CH₄ и N₂.The hydrogen used to produce recovered methane gas can be supplied externally, but is preferably produced in a manner that produces as little carbon dioxide as possible. For example, you can use electrolysis of water. The hydrogen gas need not be a gas with a hydrogen concentration of 100% by volume, but in order to achieve a high methane concentration in the recovered methane gas, a gas with a high concentration of hydrogen, specifically hydrogen gas with a hydrogen concentration of 80% by volume, is preferably used. or more. More preferable is a hydrogen concentration of 90% vol. or more, and even preferably 95% vol. or more. The hydrogen concentration can be 100% vol. The remainder of the gas other than hydrogen includes, for example, CO, CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ and N ₂ .

Затем при охлаждении рекуперированного газообразного метана до комнатной температуры конденсируется водяной пар, содержащийся в рекуперированном газообразном метане. После этого конденсат удаляют во втором устройстве 6 для обезвоживания. Then, when the recovered methane gas is cooled to room temperature, the water vapor contained in the recovered methane gas condenses. After this, the condensate is removed in a second dewatering device 6.

Затем рекуперированный газообразный метан вводят в устройство 4 для вдувания газа. Устройство 4 для вдувания газа соединено с устройством 3 для рекуперации газообразного метана через второе устройство 6 для обезвоживания. Устройство 4 для вдувания газа имеет секцию подачи газообразного метана, в которой рекуперированный газообразный метан, служащий вдуваемым восстановителем, вводят в фурму 2 доменной печи 1, и секцию подачи кислородсодержащего газа, в которой кислородсодержащий газ, служащий доменным газом, вводят в фурму доменной печи.Then, the recovered methane gas is introduced into the gas injection device 4. The gas injection device 4 is connected to the methane gas recovery device 3 through the second dehydration device 6. The gas injection device 4 has a methane gas supply section in which recovered methane gas serving as an injection reducing agent is introduced into the tuyere 2 of the blast furnace 1, and an oxygen-containing gas supply section in which the oxygen-containing gas serving as the blast furnace gas is introduced into the blast furnace tuyere.

Например, как проиллюстрировано на фиг. 2A, устройство 4 для вдувания газа заключает в себе многоствольную коаксиальную трубу, имеющую центральную трубу 4-1 и внешнюю трубу 4-3. Затем газообразный метан (рекуперированный газообразный метан и, соответственно, внешний газообразный метан, как описано ниже) вводят во внутренний канал центральной трубы, который выполняет функции секции (канала) подачи газообразного метана, а кислородсодержащий газ вводят в кольцевой трубный канал между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который выполняет функции секции (канала) подачи кислородсодержащего газа.For example, as illustrated in FIG. 2A, the gas injection device 4 includes a multi-barrel coaxial pipe having a central pipe 4-1 and an outer pipe 4-3. Then, methane gas (recovered methane gas and, accordingly, external methane gas, as described below) is introduced into the internal channel of the central pipe, which serves as the methane gas supply section (channel), and oxygen-containing gas is introduced into the annular pipe channel between the central pipe 4- 1 and an external pipe 4-3, which serves as a section (channel) for supplying oxygen-containing gas.

Вместе с метаном можно использовать и другой вдуваемый восстановитель, например, тонко измельчённый уголь, пластиковые отходы или газообразный восстановитель, такой как газообразный водород или газообразный монооксид углерода. Общее количество дутья другого восстановителя, вдуваемого в доменную печь, составляет предпочтительно 150 кг/т или меньше. В данном случае единица «кг/т» является количеством другого восстановителя, вдуваемого в доменную печь при получении 1 т горячего металла.Another injected reducing agent, such as finely ground coal, plastic waste, or a gaseous reducing agent such as hydrogen gas or carbon monoxide gas, can be used with the methane. The total amount of other reducing agent blast blown into the blast furnace is preferably 150 kg/t or less. In this case, the unit "kg/t" is the amount of another reducing agent injected into the blast furnace to produce 1 ton of hot metal.

В случае использования другого вдуваемого восстановителя его также можно вводить в секцию подачи газообразного метана. При использовании тонко измельчённого угля или пластиковых отходов в качестве другого вдуваемого восстановителя его предпочтительно подавать без вхождения в секцию подачи газообразного метана, вводить в секцию (канал) подачи другого восстановителя, через которую проходит поток тонко измельчённого угля или пластиковых отходов. В данном случае, как проиллюстрировано на фиг. 2B, например, устройство 3 для вдувания газа заключает в себе многоствольную коаксиальную трубу, имеющую, в дополнение к центральной трубе 4-1 и внешней трубе 4-3, внутреннюю трубу 4-2, предусмотренную между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3. Затем вводят другой вдуваемый восстановитель, такой как тонко измельчённый уголь или пластиковые отходы, из внутреннего канала центральной трубы, который выполняет функции секции подачи другого восстановителя. Далее вводят газообразный метан из кольцевого трубного канала между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который является секцией подачи газообразного метана, и вводят кислород из кольцевого трубного канала между внутренней трубой 4-2 и внешней трубой 4-3, который является секцией подачи кислородсодержащего газа.If another injected reducing agent is used, it can also be introduced into the methane gas supply section. When using finely ground coal or plastic waste as the other injected reducing agent, it is preferably supplied without entering the methane gas supply section, introduced into the other reducing agent supply section (channel) through which the flow of finely ground coal or plastic waste passes. In this case, as illustrated in FIG. 2B, for example, the gas injection device 3 includes a multi-barrel coaxial pipe having, in addition to the central pipe 4-1 and the outer pipe 4-3, an inner pipe 4-2 provided between the central pipe 4-1 and the outer pipe 4 -3. Another injected reducing agent, such as finely ground coal or plastic waste, is then introduced from the inner channel of the central pipe, which functions as the injection section for the other reducing agent. Next, methane gas is introduced from the annular pipe channel between the central pipe 4-1 and the outer pipe 4-3, which is the methane gas supply section, and oxygen is introduced from the annular pipe channel between the inner pipe 4-2 and the outer pipe 4-3, which is oxygen-containing gas supply section.

Поскольку использование кислородсодержащего газа в качестве доменного газа при комнатной температуре обусловливает слабую воспламеняемость, предпочтительно снабжать пористой структурой выпускной участок внешней трубы, которая образует секцию подачи кислородсодержащего газа устройства 4 для вдувания газа, с целью активирования смешивания кислородсодержащего газа и вдуваемого восстановителя.Since using oxygen-containing gas as a blast gas at room temperature causes poor flammability, it is preferable to provide a porous structure to the outlet portion of the outer pipe that forms the oxygen-containing gas supply section of the gas injection device 4 to promote mixing of the oxygen-containing gas and the injected reducing agent.

Необязательно использовать рекуперированный газообразный метан для всего объёма газообразного метана, вдуваемого в доменную печь из фурмы (далее в настоящем документе называемого «вдуваемым газообразным метаном»), а можно использовать газообразный метан, подаваемый из отдельной линии (называемый также «внешним газообразным метаном») в соответствии с режимом работы сталелитейного завода. В данном случае линия подачи внешнего газообразного метана может быть соединена с секцией подачи газообразного метана устройства 4 для вдувания газа или с секцией подачи другого восстановителя, как описано выше. Линия подачи внешнего газообразного метана также может быть соединена с каналом для прохода потока рекуперированного газообразного метана между устройством 3 для рекуперации газообразного метана и устройством 4 для вдувания газа (предпочтительно между вторым устройством 6 для обезвоживания и устройством 4 для вдувания газа).It is not necessary to use recovered methane gas for the entire volume of methane gas injected into the blast furnace from the tuyere (hereinafter referred to as “injected methane gas”), but may use methane gas supplied from a separate line (also referred to as “external methane gas”) in in accordance with the operating mode of the steel mill. In this case, the external methane gas supply line may be connected to the methane gas supply section of the gas injection device 4 or to the supply section of another reducing agent as described above. The external methane gas supply line may also be connected to the recovered methane gas flow path between the methane gas recovery device 3 and the gas injection device 4 (preferably between the second dewatering device 6 and the gas injection device 4).

Внешний газообразный метан включает в себя, например, газообразный метан, полученный из ископаемых топлив.External methane gas includes, for example, methane gas derived from fossil fuels.

Затем, как проиллюстрировано на фиг. 2A и 2B, вдуваемый восстановитель, такой как вдуваемый газообразный метан, и кислородсодержащий газ, вводимые из устройства 4 для вдувания газа, смешиваются в фурме 2. Непосредственно после этого смешанный газ вдувают в доменную печь 1 из фурмы 2, происходит быстрое воспламенение и быстрое сгорание. После этого в доменной печи, за фурмой 2 формируется зона 8 циркуляции, которая является областью, в которой газообразный кислород реагирует с вдуваемым восстановителем, таким как вдуваемый газообразный метан и кокс.Then, as illustrated in FIG. 2A and 2B, an injected reducing agent such as injected methane gas and an oxygen-containing gas injected from the gas injection device 4 are mixed in the tuyere 2. Immediately thereafter, the mixed gas is injected into the blast furnace 1 from the tuyere 2, and rapid ignition and rapid combustion occur. . Thereafter, in the blast furnace, behind the tuyere 2, a circulation zone 8 is formed, which is a region in which oxygen gas reacts with the injected reducing agent such as the injected methane gas and coke.

При увеличении концентрации кислорода в доменном газе количество газа в печи уменьшается, и повышение температуры шихты в верхней части доменной печи может быть недостаточным. В данном случае, как отображено на фиг. 1, предпочтительно осуществлять вдувание предварительно нагретого газа, при котором часть отходящего газа доменной печи ниже по ходу потока после первого устройства 5 для обезвоживания частично сжигают на горелке 7 для достижения температуры примерно от 800°С до 1000°С, а затем вдувают в шахтную секцию доменной печи.As the oxygen concentration in the blast furnace increases, the amount of gas in the furnace decreases, and the increase in the temperature of the charge in the upper part of the blast furnace may be insufficient. In this case, as shown in FIG. 1, it is preferable to carry out preheated gas injection in which a portion of the blast furnace exhaust gas downstream of the first dewatering device 5 is partially burned in a burner 7 to reach a temperature of about 800° C. to 1000° C. and then injected into the shaft section blast furnace.

И в способе эксплуатации доменной печи согласно одному из раскрытых вариантов осуществления в качестве доменного газа важно использовать кислородсодержащий газ, вместо горячего дутья (воздуха, нагретого примерно до 1200°С), как описано выше.And in the method of operating a blast furnace according to one of the disclosed embodiments, it is important to use an oxygen-containing gas as the blast furnace gas, instead of hot blast (air heated to about 1200° C.) as described above.

Подробнее, когда в качестве доменного газа используют горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С), газообразный продукт сгорания содержит азот в количестве около 50% об., что не способствует реакции горения, и, таким образом, температура пламени в зоне циркуляции вряд ли повышается. С учётом вышесказанного, когда большую часть восстановителя на основе тонко измельчённого угля, вдуваемого в доменную печь, заменяют на газообразный метан, разность между теплотой реакции в смеси тонко измельчённый уголь-кислород и теплотой реакции в смеси газообразный метан-кислород, описанная выше, будет вызывать снижение температуры в выпускном отверстии фурмы, и в конечном итоге температура на выходе из фурмы упадёт ниже 2000°С, что является нижним пределом соответствующей температуры. В результате это приводит к возникновению эксплуатационных проблем, таких как недостаточный нагрев нижней части доменной печи, увеличение перепада давления и невозможность выпуска металла из печи. Далее, поскольку отходящий газ доменной печи содержит большое количество азота, в рамках данного процесса необходимо отделять азот от монооксида углерода и диоксида углерода до осуществления процесса получения газообразного метана из отходящего газа доменной печи.In more detail, when hot blast (air heated to approximately 1200°C) is used as blast furnace gas, the combustion gas contains nitrogen in an amount of about 50% vol., which does not contribute to the combustion reaction, and thus the flame temperature in the circulation zone unlikely to rise. With this in mind, when most of the fine coal reducing agent blown into a blast furnace is replaced by methane gas, the difference between the heat of reaction in the fine coal-oxygen mixture and the heat of reaction in the methane gas-oxygen mixture described above will cause decrease in temperature at the tuyere outlet, and eventually the temperature at the tuyere outlet will fall below 2000°C, which is the lower limit of the corresponding temperature. This results in operational problems such as insufficient heating of the bottom of the blast furnace, increased pressure drop and the inability to release metal from the furnace. Further, since the blast furnace off-gas contains a large amount of nitrogen, in this process it is necessary to separate nitrogen from carbon monoxide and carbon dioxide before carrying out the process of producing methane gas from the blast furnace off-gas.

С другой стороны, использование кислородсодержащего газа в качестве доменного газа может подавлять подмешивание газообразного азота, который не способствует реакции горения, так что температура в выпускном отверстии фурмы может повышаться до адекватной температуры. Это означает, что температура пламени в зоне циркуляции может быть выше, чем в случае использования горячего дутья. С учётом вышесказанного, даже при вдувании из фурмы большого количества метана в качестве восстановителя, температуру на выходе из фурмы можно регулировать в соответствующем диапазоне от 2000°С до 2400°С.On the other hand, using an oxygen-containing gas as a blast furnace gas can suppress the admixture of nitrogen gas, which does not promote the combustion reaction, so that the temperature at the tuyere outlet can be raised to an adequate temperature. This means that the flame temperature in the circulation zone can be higher than if hot blast is used. In view of the above, even when a large amount of methane as a reducing agent is injected from the tuyere, the temperature at the outlet of the tuyere can be controlled in an appropriate range from 2000°C to 2400°C.

На основании вышеизложенного, в способе эксплуатации доменной печи согласно одному из раскрытых вариантов осуществления в качестве доменного газа важно использовать кислородсодержащий газ.Based on the above, in the method of operating a blast furnace according to one of the disclosed embodiments, it is important to use an oxygen-containing gas as the blast furnace gas.

На фиг. 8 отображён пример соотношения между скоростью расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе (далее в настоящем документе называемой просто скоростью расхода циркулирующих атомов углерода), описанной ниже, и температурой в выпускном отверстии фурмы для условий, когда используют горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С) в качестве доменного газа (далее в настоящем документе называемых условиями продувки горячим дутьём) и когда используют кислородсодержащий газ (концентрация кислорода: 100%) в качестве доменного газа (далее в настоящем документе называемых условиями продувки кислородсодержащим газом). В обоих указанных условиях весь вдуваемый восстановитель представляет собой рекуперированный газообразный метан (концентрация метана: 99,5%).In fig. 8 shows an example of the relationship between the rate of consumption of circulating carbon atoms contained in the reducing agent (hereinafter referred to simply as the rate of consumption of circulating carbon atoms) described below and the temperature at the tuyere outlet for conditions where hot blast (air heated to approximately 1200°C) as the blast furnace gas (hereinafter referred to as hot blast purge conditions) and when oxygen-containing gas (oxygen concentration: 100%) is used as the blast furnace gas (hereinafter referred to as oxygen-containing gas purge conditions). Under both of these conditions, all of the injected reducing agent is recovered methane gas (methane concentration: 99.5%).

Как проиллюстрировано на фиг. 8, в условиях продувки горячим дутьём, когда скорость расхода циркулирующих атомов углерода составляет 52 кг/т или больше (т.е. объём дутья рекуперированного метана составляет 97 н.м³/т или больше), температура в выпускном отверстии фурмы падает ниже 2000°С, что является нижним пределом соответствующей температуры. Таким образом, в обычно используемых условиях продувки горячим дутьём скорость расхода циркулирующих атомов углерода, равная 55 кг/т или больше, особенно 60 кг/т или больше, вызывает понижение температуры в выпускном отверстии фурмы, что делает невозможной стабильную работу.As illustrated in FIG. 8, under hot blast conditions, when the flow rate of circulating carbon atoms is 52 kg/t or more (that is, the recovered methane blast volume is 97 Nm ³ /t or more), the temperature at the tuyere outlet drops below 2000 °C, which is the lower limit of the corresponding temperature. Thus, under commonly used hot blast blowing conditions, a circulating carbon atom consumption rate of 55 kg/t or more, especially 60 kg/t or more, causes the temperature at the tuyere outlet to decrease, making stable operation impossible.

С другой стороны, в условиях продувки кислородсодержащим газом температура в выпускном отверстии фурмы сохраняется на уровне 2000°С или выше, даже в случае, когда скорость расхода циркулирующих атомов углерода составляет 55 кг/т или выше, либо даже 60 кг/т или выше.On the other hand, under the oxygen-containing gas blowing condition, the temperature at the tuyere outlet is maintained at 2000° C. or higher, even in the case where the flow rate of circulating carbon atoms is 55 kg/t or higher, or even 60 kg/t or higher.

В условиях продувки кислородсодержащим газом, проиллюстрированных на фиг. 8, температура в выпускном отверстии фурмы превышает 2400°С, что является верхним пределом соответствующей температуры, в диапазоне, где скорость расхода циркулирующих атомов углерода составляет от 55 кг/т до 80 кг/т. Это обусловлено тем, что весь вдуваемый восстановитель представляет собой рекуперированный метан. Когда используют внешний газообразный метан как часть вдуваемого восстановителя, температуру в выпускном отверстии фурмы можно регулировать в диапазоне от 2000°С до 2400°С, даже если скорость расхода циркулирующих атомов углерода находится в диапазоне от 55 кг/т до 80 кг/т. Даже если весь вдуваемый восстановитель является рекуперированным метаном, температуру в выпускном отверстии фурмы можно контролировать в диапазоне от 2000°С до 2400°С путём регулирования концентрации кислорода в кислородсодержащем газе.Under the oxygen-containing gas purging conditions illustrated in FIG. 8, the temperature at the tuyere outlet exceeds 2400°C, which is the upper limit of the corresponding temperature, in the range where the flow rate of circulating carbon atoms is from 55 kg/t to 80 kg/t. This is due to the fact that all of the injected reducing agent is recovered methane. When external methane gas is used as part of the injected reducing agent, the temperature at the lance outlet can be controlled in the range of 2000° C. to 2400° C. even if the flow rate of circulating carbon atoms is in the range of 55 kg/t to 80 kg/t. Even if all of the injected reducing agent is recovered methane, the temperature at the lance outlet can be controlled in the range of 2000°C to 2400°C by adjusting the oxygen concentration in the oxygen-containing gas.

Концентрация кислорода в кислородсодержащем газе предпочтительно составляет 80% об. или больше. Конкретно, когда концентрация кислорода в кислородсодержащем газе является низкой, может возрастать объём газа, вводимого в доменную печь, и, таким образом, может увеличиваться перепад давления в доменной печи, что приводит к снижению производительности. Далее, при повторении циркуляции газа концентрация газообразного метана в рекуперированном газообразном метане снижается в относительном количестве. С учётом вышесказанного, концентрация кислорода в кислородсодержащем газе предпочтительно составляет 80% об. или больше. Более предпочтительно, концентрация кислорода составляет 90% об. или больше, а ещё предпочтительнее, 95% об. или больше. В частности, когда концентрация кислорода составляет 90% об. или больше, даже если доменная печь работает вне рамок периода нормальной эксплуатации, концентрацию газообразного метана в рекуперированном газообразном метане можно поддерживать на высоком уровне (около 90% об.) без необходимости в подаче внешнего газообразного метана, что является очень предпочтительным. Концентрация кислорода может составлять 100% об.The oxygen concentration of the oxygen-containing gas is preferably 80% by volume. or more. Specifically, when the oxygen concentration in the oxygen-containing gas is low, the volume of gas introduced into the blast furnace may increase, and thus the pressure drop in the blast furnace may increase, resulting in a decrease in productivity. Further, when the gas circulation is repeated, the concentration of methane gas in the recovered methane gas decreases in relative amount. In view of the above, the oxygen concentration in the oxygen-containing gas is preferably 80% by volume. or more. More preferably, the oxygen concentration is 90% vol. or more, and even more preferably, 95% vol. or more. In particular, when the oxygen concentration is 90% vol. or more, even if the blast furnace is operated outside the normal operation period, the concentration of methane gas in the recovered methane gas can be maintained at a high level (about 90% vol.) without the need to supply external methane gas, which is very preferable. The oxygen concentration can be 100% vol.

Остальная часть кислородсодержащего газа, отличная от кислорода, может включать в себя, например, азот, диоксид углерода и аргон.The remainder of the oxygen-containing gas other than oxygen may include, for example, nitrogen, carbon dioxide and argon.

Концентрация метана во вдуваемом газообразном метане, состоящем из рекуперированного газообразного метана или рекуперированного газообразного метана и внешнего газообразного метана, предпочтительно составляет 80% об. или больше.The methane concentration of the injected methane gas consisting of recovered methane gas or recovered methane gas and external methane gas is preferably 80% by volume. or more.

Подробнее, когда концентрация метана во вдуваемом газообразном метане является низкой, может возрастать объём газа, вдуваемого в доменную печь, и, таким образом, может увеличиваться перепад давления в доменной печи, что приводит к снижению производительности. Далее, при повторении циркуляции газа концентрация метана в рекуперированном газообразном метане снижается в относительном количестве. С учётом вышесказанного, концентрация метана во вдуваемом газообразном метане предпочтительно составляет 80 об. процентов или больше. Более предпочтительно, концентрация метана во вдуваемом газообразном метане составляет 90% об. или больше, а ещё предпочтительнее, 95% об. или больше. Концентрация метана во вдуваемом газообразном метане может составлять 100% об.In detail, when the methane concentration in the injected methane gas is low, the volume of gas injected into the blast furnace may increase, and thus the pressure drop in the blast furnace may increase, resulting in a decrease in productivity. Further, when the gas circulation is repeated, the methane concentration in the recovered methane gas decreases in relative amount. In view of the above, the methane concentration of the injected methane gas is preferably 80 vol. percent or more. More preferably, the methane concentration in the injected methane gas is 90% by volume. or more, and even more preferably, 95% vol. or more. The methane concentration in the injected methane gas can be 100% vol.

По той же причине, концентрация метана и в рекуперированном газообразном метане, и во внешнем газообразном метане предпочтительно составляет 80% об. или больше. Более предпочтительно, концентрация метана и в рекуперированном газообразном метане, и во внешнем газообразном метане составляет 90% об. или больше, а ещё предпочтительнее, 95% об. или больше. Концентрация метана и в рекуперированном газообразном метане, и во внешнем газообразном метане может составлять 100% об.For the same reason, the methane concentration in both the recovered methane gas and the external methane gas is preferably 80% vol. or more. More preferably, the methane concentration in both the recovered methane gas and the external methane gas is 90% vol. or more, and even more preferably, 95% vol. or more. The methane concentration in both the recovered methane gas and the external methane gas can be 100% vol.

Остальная часть газа, отличная от метана, во вдуваемом газообразном метане, рекуперированном газообразном метане и внешнем газообразном метане может включать в себя, например, оксид углерода, диоксид углерода, водород и углеводороды, а также такую газообразную примесь, как азот.The remaining gas portion other than methane in the injected methane gas, recovered methane gas and external methane gas may include, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and hydrocarbons, as well as a trace gas such as nitrogen.

Если концентрация метана в рекуперированном газообразном метане снижается, концентрация метана во вдуваемом газообразном метане можно сохранять высокой, например, за счёт уменьшения доли рекуперированного газообразного метана во вдуваемом газообразном метане при одновременном увеличении доли внешнего газообразного метана с высокой концентрацией метана.If the methane concentration in the recovered methane gas is reduced, the methane concentration in the injected methane gas can be kept high, for example, by reducing the proportion of recovered methane gas in the injected methane gas while increasing the proportion of external methane gas with a high methane concentration.

В способе эксплуатации доменной печи согласно одному из раскрытых вариантов осуществления скорость расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе, предпочтительно составляет 55 кг/т или больше, а более предпочтительно, 60 кг/т или больше.In the method of operating a blast furnace according to one of the disclosed embodiments, the consumption rate of circulating carbon atoms contained in the reducing agent is preferably 55 kg/t or more, and more preferably 60 kg/t or more.

Скорость расхода циркулирующих атомов углерода представляет собой эквивалентную массу углерода рекуперированного газообразного метана, который вдувают в доменную печь в качестве восстановителя для получения 1 т горячего металла, и её определяют при помощи следующего уравнения:The circulating carbon atom consumption rate is the carbon equivalent mass of recovered methane gas that is injected into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal, and is determined using the following equation:

Для стабильной работы доменной печи, как правило, необходимо регулировать температуру на выходе из фурмы в диапазоне от 2000°С до 2400°С. С учётом вышесказанного, когда в качестве доменного газа используют горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С), газообразный метан можно вдувать в доменную печь только в количестве примерно до 52 кг эквивалентной массы углерода/т с целью поддержания температуры на выходе из фурмы в вышеупомянутом диапазоне. Подробнее, даже если весь газообразный метан, вдуваемый в доменную печь, представляет собой рекуперированный газообразный метан, скорость расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе, составляет лишь около 52 кг/т.For stable operation of a blast furnace, as a rule, it is necessary to regulate the temperature at the tuyere outlet in the range from 2000°C to 2400°C. In view of the above, when hot blast (air heated to approximately 1200°C) is used as blast furnace gas, methane gas can only be injected into the blast furnace in quantities up to approximately 52 kg carbon equivalent mass/t in order to maintain the temperature at the tuyere outlet in the above range. In detail, even if all the methane gas injected into the blast furnace is recovered methane gas, the consumption rate of the circulating carbon atoms contained in the reducing agent is only about 52 kg/t.

С другой стороны, в способе эксплуатации доменной печи согласно одному из раскрытых вариантов осуществления, даже при значительном увеличении объёма вдувания газообразного метана, температуру на выходе из фурмы можно регулировать в диапазоне от 2000°С до 2400°С. С учётом вышесказанного, скорость расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе, можно повышать до 55 кг/т или больше, и даже до 60 кг/т или больше. Это увеличит потребление рекуперированного газообразного метана, полученного из монооксида углерода и диоксида углерода, содержащихся в отходящем газе доменной печи, дополнительно уменьшая выбросы диоксида углерода из доменной печи. Скорость расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе, предпочтительно составляет 80 кг/т или больше, а более предпочтительно, 90 кг/т или больше. На скорость расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе, не налагается никакой верхний предел, но предпочтительно верхний предел составляет 110 кг/т или меньше. On the other hand, in the method of operating a blast furnace according to one of the disclosed embodiments, even if the methane gas injection volume is greatly increased, the tuyere outlet temperature can be controlled in the range of 2000°C to 2400°C. In view of the above, the rate of consumption of circulating carbon atoms contained in the reducing agent can be increased to 55 kg/t or more, and even to 60 kg/t or more. This will increase the consumption of recovered methane gas produced from carbon monoxide and carbon dioxide contained in the blast furnace off-gas, further reducing carbon dioxide emissions from the blast furnace. The rate of consumption of circulating carbon atoms contained in the reducing agent is preferably 80 kg/t or more, and more preferably 90 kg/t or more. No upper limit is imposed on the rate of consumption of circulating carbon atoms contained in the reducing agent, but preferably the upper limit is 110 kg/t or less.

Скорость расхода циркулирующих атомов углерода, содержащихся в восстановителе, можно контролировать путём регулирования количества рекуперированного газообразного метана в восстановителе, вдуваемом в фурму.The rate of consumption of circulating carbon atoms contained in the reducing agent can be controlled by adjusting the amount of recovered methane gas in the reducing agent injected into the lance.

В частности, за счёт установления доли рекуперированного газообразного метана во вдуваемом газообразном метане, равной 80% об. или больше, предпочтительно 90% об. или больше, может достигаться сильный эффект уменьшения выбросов диоксида углерода.In particular, by establishing the proportion of recovered methane gas in the injected methane gas equal to 80% vol. or more, preferably 90% vol. or more, a strong carbon dioxide emission reduction effect can be achieved.

Как проиллюстрировано на фиг. 3, рекуперированный газообразный метан можно получать из части отходящего газа доменной печи, а излишек отходящего газа доменной печи можно подавать на сталелитейный завод. Кроме того, как отображено на фиг. 4, если имеется избыток рекуперированного газообразного метана, его можно подавать на сталелитейный завод.As illustrated in FIG. 3, recovered methane gas can be obtained from a portion of the blast furnace exhaust gas, and the excess blast furnace exhaust gas can be supplied to the steel plant. In addition, as shown in FIG. 4, If there is excess recovered methane gas, it can be supplied to the steel plant.

Объём вдувания кислородсодержащего газа и восстановителя, а также другие рабочие условия не ограничиваются и могут определяться соответствующим образом согласно производительности доменной печи и тому подобному.The injection volume of oxygen-containing gas and reducing agent and other operating conditions are not limited and can be determined accordingly according to the productivity of the blast furnace and the like.

Вспомогательный узел доменной печиBlast furnace auxiliary unit

Вспомогательный узел доменной печи согласно одному из раскрытых вариантов осуществления представляет собой вспомогательный узел доменной печи, используемый в способе эксплуатации доменной печи, описанном выше, заключающий в себе:The blast furnace auxiliary assembly according to one of the disclosed embodiments is a blast furnace auxiliary assembly used in the blast furnace operating method described above, comprising:

устройство для вдувания газа, имеющее секцию подачи газообразного метана, в которой рекуперированный газообразный метан вводят в фурму доменной печи, и секцию подачи кислородсодержащего газа, в которой кислородсодержащий газ вводят в фурму доменной печи.a gas injection device having a methane gas supply section in which recovered methane gas is introduced into the blast furnace tuyere, and an oxygen-containing gas supply section in which the oxygen-containing gas is introduced into the blast furnace tuyere.

В данном случае в устройстве для рекуперации газообразного метана имеется, например, впускная секция отходящего газа доменной печи, впускная секция газообразного водорода и реакционная секция. В реакционной секции отходящий газ доменной печи, поступающий из впускной секции отходящего газа доменной печи, и газообразный водород, поступающий из впускной секции газообразного водорода, реагируют с образованием рекуперированного газообразного метана. Поскольку в реакции с образованием газообразного метана выделяется тепло, реакционная секция предпочтительно оснащена охлаждающим механизмом.Here, in the methane gas recovery apparatus, for example, there is a blast furnace exhaust gas inlet section, a hydrogen gas inlet section, and a reaction section. In the reaction section, blast furnace exhaust gas supplied from the blast furnace exhaust gas inlet section and hydrogen gas supplied from the hydrogen gas inlet section react to produce recovered methane gas. Since the reaction produces methane gas, heat is generated, the reaction section is preferably equipped with a cooling mechanism.

Как описано выше, например, как проиллюстрировано на фиг. 2A, устройство для вдувания газа заключает в себе многоствольную коаксиальную трубу, имеющую центральную трубу 4-1 и внешнюю трубу 4-3. Затем газообразный метан (рекуперированный газообразный метан и, соответственно, внешний газообразный метан, как описано ниже) вводят во внутренний канал центральной трубы, который выполняет функции секции (канала) подачи газообразного метана, а кислородсодержащий газ вводят в кольцевой трубный канал между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который выполняет функции секции (канала) подачи кислородсодержащего газа.As described above, for example as illustrated in FIG. 2A, the gas injection device includes a multi-barrel coaxial pipe having a central pipe 4-1 and an outer pipe 4-3. Then, methane gas (recovered methane gas and, accordingly, external methane gas, as described below) is introduced into the internal channel of the central pipe, which serves as the methane gas supply section (channel), and oxygen-containing gas is introduced into the annular pipe channel between the central pipe 4- 1 and an external pipe 4-3, which serves as a section (channel) for supplying oxygen-containing gas.

Вместе с метаном можно использовать и другой вдуваемый восстановитель, например, тонко измельчённый уголь, пластиковые отходы или газообразный восстановитель, такой как газообразный водород или газообразный монооксид углерода.Another injected reducing agent, such as finely ground coal, plastic waste, or a gaseous reducing agent such as hydrogen gas or carbon monoxide gas, can be used with the methane.

При использовании другого вдуваемого восстановителя его также можно вводить в секцию подачи газообразного метана. При использовании тонко измельчённого угля или пластиковых отходов в качестве другого вдуваемого восстановителя предпочтительно предусматривать, отдельно от секции подачи газообразного метана, секцию (канал) подачи другого восстановителя, через которую проходит поток тонко измельчённого угля или пластиковых отходов. В указанном случае, как отображено, например, на фиг. 2B, устройство для вдувания газа заключает в себе многоствольную коаксиальную трубу, имеющую, в дополнение к центральной трубе 4-1 и внешней трубе 4-3, внутреннюю трубу 4-2, предусмотренную между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3. Затем вводят другой вдуваемый восстановитель, такой как тонко измельчённый уголь или пластиковые отходы, из внутреннего канала центральной трубы, который выполняет функции секции подачи другого восстановителя. Далее вводят газообразный метан из кольцевого трубного канала между центральной трубой 4-1 и внешней трубой 4-3, который является секцией подачи газообразного метана, и вводят кислород из кольцевого трубного канала между внутренней трубой 4-2 и внешней трубой 4-3, который является секцией подачи кислородсодержащего газа.If another injected reducing agent is used, it can also be introduced into the methane gas supply section. When using finely ground coal or waste plastic as the other injected reducing agent, it is preferable to provide, separate from the methane gas supply section, a supply section (channel) of the other reducing agent through which the flow of finely ground coal or plastic waste passes. In this case, as shown, for example, in FIG. 2B, the gas injection device includes a multi-bar coaxial pipe having, in addition to the central pipe 4-1 and the outer pipe 4-3, an inner pipe 4-2 provided between the central pipe 4-1 and the outer pipe 4-3. Another injected reducing agent, such as finely ground coal or plastic waste, is then introduced from the inner channel of the central pipe, which functions as the injection section for the other reducing agent. Next, methane gas is introduced from the annular pipe channel between the central pipe 4-1 and the outer pipe 4-3, which is the methane gas supply section, and oxygen is introduced from the annular pipe channel between the inner pipe 4-2 and the outer pipe 4-3, which is oxygen-containing gas supply section.

ПримерыExamples

С использованием доменной печи и вспомогательного узла доменной печи, схематично отображенных на фиг. 1 и 3 - 7, осуществляли работу доменной печи в условиях, приведённых в таблице 1, и оценивали температуру на выходе из фурмы и выбросы диоксида углерода из доменной печи в ходе её работы. Результаты оценки также представлены в таблице 1.Using the blast furnace and blast furnace auxiliary assembly shown schematically in FIG. 1 and 3 - 7, operated the blast furnace under the conditions given in Table 1, and assessed the temperature at the tuyere outlet and carbon dioxide emissions from the blast furnace during its operation. The evaluation results are also presented in Table 1.

На фиг. 5-7 позиция 9 представляет сушильную печь, позиция 10 представляет газоразделительное устройство, а позиция 11 представляет устройство для обезвоживания отработанного газа сушильной печи.In fig. 5-7, numeral 9 represents a drying furnace, numeral 10 represents a gas separation device, and numeral 11 represents a device for dehydrating drying furnace exhaust gas.

В примере 1 доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 1, использовали для получения рекуперированного газообразного метана из части отходящего газа доменной печи, а излишек отходящего газа доменной печи подавали на сталелитейный завод. Весь вдуваемый восстановитель представлял собой рекуперированный газообразный метан, а излишек рекуперированного газообразного метана подавали на сталелитейный завод.In example 1, the blast furnace and blast furnace auxiliary unit, schematically depicted in FIG. 1 was used to produce recovered methane gas from a portion of the blast furnace off-gas, and the excess blast furnace off-gas was supplied to a steel mill. All of the reductant injected was recovered methane gas, and excess recovered methane gas was supplied to the steel mill.

В примере 2 доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 3, использовали для получения рекуперированного газообразного метана из части отходящего газа доменной печи, а излишек отходящего газа доменной печи подавали на сталелитейный завод. Весь вдуваемый восстановитель представлял собой рекуперированный газообразный метан, а количество образующегося рекуперированного газообразного метана регулировали таким образом, чтобы не образовывался излишек рекуперированного газообразного метана.In example 2, the blast furnace and blast furnace auxiliary unit, schematically depicted in FIG. 3 was used to produce recovered methane gas from a portion of the blast furnace off-gas, and the excess blast furnace off-gas was supplied to a steel mill. All of the reductant injected was recovered methane gas, and the amount of recovered methane gas produced was controlled so that no excess recovered methane gas was generated.

В примере 3 доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 4, использовали для получения рекуперированного газообразного метана из всего отходящего газа доменной печи. Весь вдуваемый восстановитель представлял собой рекуперированный газообразный метан, а избыток рекуперированного газообразного метана подавали на сталелитейный завод.In example 3, the blast furnace and blast furnace auxiliary unit, schematically shown in FIG. 4 was used to produce recovered methane gas from the entire blast furnace off-gas. All of the reducing agent injected was recovered methane gas, and excess recovered methane gas was supplied to the steel mill.

В примерах 4 и 5 доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 3, использовали для получения рекуперированного газообразного метана из части отходящего газа доменной печи, а избыток отходящего газа доменной печи подавали на сталелитейный завод. Дополнительно к рекуперированному газообразному метану, в качестве вдуваемого восстановителя использовали также внешний газообразный метан, полученный из ископаемых топлив.In examples 4 and 5, the blast furnace and blast furnace auxiliary unit, schematically depicted in FIG. 3 was used to produce recovered methane gas from a portion of the blast furnace off-gas, and the excess blast furnace off-gas was supplied to a steel mill. In addition to the recovered methane gas, external methane gas obtained from fossil fuels was also used as the injected reducing agent.

С другой стороны, в сравнительном примере 1 использовали доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 5. Конкретно, в сравнительном примере 1 представлен общераспространённый способ эксплуатации доменной печи, в котором используют горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С (концентрация кислорода примерно 21 - 25% об.)) в качестве доменного газа и тонко измельчённый уголь в качестве вдуваемого восстановителя. Из отходящего газа доменной печи не получали рекуперированный газообразный метан.On the other hand, in Comparative Example 1, a blast furnace and a blast furnace auxiliary unit were used, schematically shown in FIG. 5. Specifically, Comparative Example 1 shows a common method of operating a blast furnace, which uses hot blast (air heated to approximately 1200°C (oxygen concentration approximately 21 - 25% vol.)) as blast furnace gas and finely ground coal in as an injected reducing agent. No recovered methane gas was obtained from the blast furnace off-gas.

В сравнительном примере 2 использовали доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 6. В качестве доменного газа использовали горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С (концентрация кислорода примерно 21 - 25% об.)), а в качестве вдуваемого восстановителя использовали рекуперированный газообразный метан. Перед получением рекуперированного газообразного метана из отходящего газа доменной печи выделяли монооксид углерода и диоксид углерода и из отделённых монооксида углерода и диоксида углерода получали рекуперированный газообразный метан.Comparative Example 2 used a blast furnace and a blast furnace auxiliary assembly, schematically shown in FIG. 6. Hot blast (air heated to approximately 1200°C (oxygen concentration approximately 21 - 25% vol.)) was used as a blast furnace gas, and recovered methane gas was used as an injected reducing agent. Before obtaining recovered methane gas, carbon monoxide and carbon dioxide were separated from the blast furnace exhaust gas, and recovered methane gas was obtained from the separated carbon monoxide and carbon dioxide.

В сравнительном примере 3 использовали доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 7. В качестве доменного газа использовали горячее дутьё (воздух, нагретый примерно до 1200°С (концентрация кислорода примерно 21 - 25% об.)), а в качестве вдуваемого восстановителя использовали рекуперированный газообразный метан. При получении рекуперированного газообразного метана использовали отходящий газ сушильной печи (далее в настоящем документе называемый также отработанным газом сушильной печи), вместо отходящего газа доменной печи. Затем из отработанного газа сушильной печи выделяли диоксид углерода и получали из отделённого диоксида углерода рекуперированный газообразный метан.Comparative Example 3 used a blast furnace and a blast furnace auxiliary assembly, schematically shown in FIG. 7. Hot blast (air heated to approximately 1200°C (oxygen concentration approximately 21 - 25% vol.)) was used as a blast furnace gas, and recovered methane gas was used as an injected reducing agent. When producing recovered methane gas, drying furnace exhaust gas (hereinafter also referred to as drying furnace exhaust gas) was used instead of blast furnace exhaust gas. Carbon dioxide was then separated from the exhaust gas of the drying oven and recovered methane gas was obtained from the separated carbon dioxide.

В сравнительном примере 4 доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 1, использовали для получения рекуперированного газообразного метана из части отходящего газа доменной печи, а избыток отходящего газа доменной печи подавали на сталелитейный завод. Дополнительно к рекуперированному газообразному метану, в качестве вдуваемого восстановителя использовали также внешний газообразный метан, полученный из ископаемых топлив.In Comparative Example 4, the blast furnace and blast furnace auxiliary unit, schematically shown in FIG. 1 was used to produce recovered methane gas from a portion of the blast furnace off-gas, and the excess blast furnace off-gas was supplied to a steel mill. In addition to the recovered methane gas, external methane gas obtained from fossil fuels was also used as the injected reducing agent.

В сравнительном примере 5, как и в сравнительном примере 2, использовали доменную печь и вспомогательный узел доменной печи, схематично изображённые на фиг. 6. В сравнительном примере 5 имелись те же условия, что и в сравнительном примере 2, за исключением того, что была увеличена доля вдуваемого газообразного метана.In Comparative Example 5, as in Comparative Example 2, a blast furnace and an auxiliary blast furnace assembly were used, schematically shown in FIG. 6. Comparative Example 5 had the same conditions as Comparative Example 2, except that the proportion of methane gas injected was increased.

В целях сопоставления технические характеристики доменных печей были стандартизованы в максимально возможной степени. Конкретно, коэффициент полезного действия шахты составлял 94%, а потеря тепла была равна 150000 ккал/т.For comparison purposes, the technical characteristics of blast furnaces have been standardized to the greatest extent possible. Specifically, the mine efficiency was 94%, and the heat loss was 150,000 kcal/t.

Единица «ккал/т» относится к величине потери тепла (ккал), образующейся при производстве 1 т горячего металла. Аналогичным образом, например, единица «кг/т», используемая для скорости подачи кокса, обозначает количество кокса (кг), используемое для получения 1 т горячего металла и т.д. Далее, единица «н.м³/т», используемая для доли вдуваемого метана, относится к количеству метана (н.м³) во вдуваемом газообразном метане, который вводят в доменную печь для получения 1 т горячего металла (доля вдуваемого метана представляет собой сумму долей рекуперированного метана и внешнего метана, но рекуперированный газообразный метан содержит небольшое количество остаточного газа, отличного от метана. Обе величины долей и рекуперированного метана, и внешнего метана, приведённые в таблице 1, являются количествами метана, за вычетом небольшого количества остаточного газа, отличного от метана, и определяются путём округления до одного десятичного разряда. С учётом вышесказанного, каждая из долей вдуваемого метана, приведённых в таблице 1, иногда отличается от суммы соответствующих долей рекуперированного метана и внешнего метана).The unit "kcal/t" refers to the amount of heat loss (kcal) generated during the production of 1 ton of hot metal. Similarly, for example, the unit "kg/t" used for coke feed rate denotes the amount of coke (kg) used to produce 1 ton of hot metal, etc. Further, the unit " ^Nm3 /t" used for the methane injection fraction refers to the amount of methane ( ^Nm3 ) in the injection methane gas that is injected into the blast furnace to produce 1 ton of hot metal (the methane injection fraction is the sum of the fractions of recovered methane and external methane, but the recovered methane gas contains a small amount of residual gas other than methane.Both the fractions of recovered methane and external methane given in Table 1 are the amounts of methane minus a small amount of residual gas other than methane. from methane, and are determined by rounding to one decimal place. Given the above, each of the injected methane fractions given in Table 1 sometimes differs from the sum of the corresponding fractions of recovered methane and external methane).

В дополнение к этому, наименование пункта «количество C материала, подаваемого в доменную печь» в таблице 1 относится к массе (кг) атомов углерода внешнего происхождения (содержащихся конкретно в коксе, тонко измельчённом угле и внешнем газообразном метане), используемой для получения 1 т горячего металла.In addition, the item title “amount C of material fed to the blast furnace” in Table 1 refers to the mass (kg) of external carbon atoms (contained specifically in coke, finely ground coal and external methane gas) used to produce 1 ton hot metal.

Как показано в таблице 1, во всех примерах стало возможным уменьшение количества диоксида углерода, испускаемого из доменной печи во внешнюю среду, при одновременном поддержании стабильной работы доменной печи путём регулирования температуры на выходе из фурмы в диапазоне от 2000°С до 2400°С. В частности, в примерах 1 – 3 стало возможным значительное снижение количества диоксида углерода, испускаемого из доменной печи во внешнюю среду.As shown in Table 1, in all examples, it was possible to reduce the amount of carbon dioxide emitted from the blast furnace to the external environment while maintaining stable operation of the blast furnace by controlling the tuyere outlet temperature in the range from 2000°C to 2400°C. In particular, in examples 1 – 3, it became possible to significantly reduce the amount of carbon dioxide emitted from the blast furnace into the external environment.

С другой стороны, в сравнительных примерах 1 - 4 не достигался в достаточной степени эффект снижения выбросов диоксида углерода. В сравнительном примере 5 доменная печь не могла стабильно работать, поскольку температура на выходе из фурмы была ниже 2000°С вследствие увеличения объёма вдуваемого газообразного метана.On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the effect of reducing carbon dioxide emissions was not sufficiently achieved. In comparative example 5, the blast furnace could not operate stably because the tuyere outlet temperature was below 2000°C due to an increase in the volume of methane gas injected.

Список позицийList of items

1: доменная печь1: blast furnace

2: фурма2: tuyere

3: устройство для рекуперации газообразного метана3: Methane gas recovery device

4: устройство для вдувания газа4: gas injection device

4-1: центральная труба4-1: center pipe

4-2: внутренняя труба4-2: inner pipe

4-3: внешняя труба4-3: outer pipe

5: первое устройство для обезвоживания5: first dehydration device

6: второе устройство для обезвоживания6: second dehydration device

7: горелка7: burner

8: зона циркуляции8: circulation zone

9: сушильная печь9: drying oven

10: газоразделительное устройство10: gas separation device

11: устройство для обезвоживания отработанного газа сушильной печи11: Drying oven waste gas dehydration device

Claims

1. A method of injecting gas into a blast furnace, including the following:

recover methane gas from blast furnace waste gas, and

blast furnace gas and reducing agent are blown into the blast furnace from the tuyere,

wherein the blast furnace gas is an oxygen-containing gas, and the recovered methane gas is used at least as part of the reducing agent,

wherein the carbon equivalent mass of recovered methane gas, which is injected into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal, is 55 kg/t or more.

2. The method according to claim 1, wherein the carbon equivalent mass of the recovered methane gas that is injected into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal is 60 kg/t or more,

wherein the carbon equivalent mass of recovered methane gas, which is injected into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal, is determined using the following equation:

[Carbon equivalent mass of recovered methane gas injected into the blast furnace as a reducing agent to produce 1 ton of hot metal, kg/t] = [Mass of methane in recovered methane gas injected into the blast furnace as a reducing agent, kg] × (12/ 16) ÷ [Volume of hot metal production, t].

3. The method according to claim 1 or 2, in which the oxygen-containing gas has an oxygen concentration of 80% vol. or more.

4. Method according to any one of paragraphs. 1-3, in which recovered methane gas is produced from a portion of the off-gas and the excess off-gas is supplied to a steel plant.

5. Method according to any one of paragraphs. 1-4, in which excess recovered methane gas is supplied to a steel mill.