日本開發噴吹氫作高爐還原劑的技術

作為降低高爐還原劑比的手段，有效的辦法除了改善還原效率、減小熱損失、使用金屬鐵外，還有高爐噴吹含氫高的還原劑，例如，噴吹廢塑料（CnHm）和天然氣（CH4）。為有效利用這些含氫量高的還原劑，可以在以往的噴煤操作（PC）的同時進行噴吹。但是，關于氫對粉煤燃燒性的影響及對高爐內原料還原性的影響，目前能定量了解的情況較少。

　　為弄清氣體狀還原劑（CH4）對固體還原劑（粉煤、廢塑料）燃燒性的影響，使用熱態模型進行了燃燒實驗。實驗用粉煤的粒度為-74，占實驗用固體還原劑的80%，廢塑料的粒度為4mm左右。實驗的送風溫度為1200℃，為使風口前的理論燃燒溫度（TFT）保持不變，在送風中進行了富氧送風。噴吹條件分為固體還原劑單獨噴吹和將固體還原劑與CH4同時噴吹時兩種條件。而且，對氧過剩率（送風中的氧和噴吹的還原劑完全燃燒所需氧量之比）和固體還原劑燃燒氣化率的關系進行了調查。燃燒氣化率是根據熱態模型中的碳（C）平衡，由實驗得出的，它是固體還原劑的合計值。

　　與固體還原劑單獨燃燒時相比，與CH4同時噴吹時的燃燒氣化率在噴吹粉煤時為4%，在粉煤和廢塑料同時噴吹時可提高5%左右。這是因為燃燒速度快的氣體還原劑CH4在噴吹后就會立刻著火燃燒，使爐內溫度升高，使粉煤和塑料升溫、揮發，促進揮發份的燃燒和固體成分的燃燒等一系列燃燒氣化反應所致。燃燒氣化率的提高可以使未燃粉的發生量下降，因此這些因素有助于減小爐料在爐缸中心死料柱和爐下部的堆積，避免爐下部透氣性變差。

　　根據荷重軟化試驗就還原氣體中的氫對燒結礦還原行為的影響進行了調查。隨著氫濃度的升高，能看到在同一溫度下還原率會提高，收縮率會下降，壓損會稍下降。這是因為氫可以加快燒結礦的還原速度，在到達軟化融熔溫度區域之前未還原的FeO量會下降所致。即，由于軟化融熔層中含FeO的渣滯留量減小，因此可以確保層內的空隙。

　　東日本制鐵所（京浜地區）2號高爐從2004年12月開始噴吹民用煤氣（以天然氣為基礎調整成分后的氣體）。民用煤氣的噴吹量設定為30kg/t，為使TFT保持不變，對富氧化量進行了調整。關于透氣性，雖然爐身上部與噴吹前基本相同，但爐身下部得到很大的改善。這是因為上述還原得到了促進和軟熔帶空隙得到確保等所致。利用這種透氣余力，可以提高高爐利用系數。另外，在生產量一定條件下，減少CO2排放的效果提高2.3%左右。