日本开发喷吹氢作高炉还原剂的技术

作为降低高炉还原剂比的手段，有效的办法除了改善还原效率、减小热损失、使用金属铁外，还有高炉喷吹含氢高的还原剂，例如，喷吹废塑料（CnHm）和天然气（CH4）。为有效利用这些含氢量高的还原剂，可以在以往的喷煤操作（PC）的同时进行喷吹。但是，关于氢对粉煤燃烧性的影响及对高炉内原料还原性的影响，目前能定量了解的情况较少。

为弄清气体状还原剂（CH4）对固体还原剂（粉煤、废塑料）燃烧性的影响，使用热态模型进行了燃烧实验。实验用粉煤的粒度为-74，占实验用固体还原剂的80%，废塑料的粒度为4mm左右。实验的送风温度为1200℃，为使风口前的理论燃烧温度（TFT）保持不变，在送风中进行了富氧送风。喷吹条件分为固体还原剂单独喷吹和将固体还原剂与CH4同时喷吹时两种条件。而且，对氧过剩率（送风中的氧和喷吹的还原剂完全燃烧所需氧量之比）和固体还原剂燃烧气化率的关系进行了调查。燃烧气化率是根据热态模型中的碳（C）平衡，由实验得出的，它是固体还原剂的合计值。

与固体还原剂单独燃烧时相比，与CH4同时喷吹时的燃烧气化率在喷吹粉煤时为4%，在粉煤和废塑料同时喷吹时可提高5%左右。这是因为燃烧速度快的气体还原剂CH4在喷吹后就会立刻着火燃烧，使炉内温度升高，使粉煤和塑料升温、挥发，促进挥发份的燃烧和固体成分的燃烧等一系列燃烧气化反应所致。燃烧气化率的提高可以使未燃粉的发生量下降，因此这些因素有助于减小炉料在炉缸中心死料柱和炉下部的堆积，避免炉下部透气性变差。

根据荷重软化试验就还原气体中的氢对烧结矿还原行为的影响进行了调查。随着氢浓度的升高，能看到在同一温度下还原率会提高，收缩率会下降，压损会稍下降。这是因为氢可以加快烧结矿的还原速度，在到达软化融熔温度区域之前未还原的FeO量会下降所致。即，由于软化融熔层中含FeO的渣滞留量减小，因此可以确保层内的空隙。

东日本制铁所（京浜地区）2号高炉从2004年12月开始喷吹民用煤气（以天然气为基础调整成分后的气体）。民用煤气的喷吹量设定为30kg/t，为使TFT保持不变，对富氧化量进行了调整。关于透气性，虽然炉身上部与喷吹前基本相同，但炉身下部得到很大的改善。这是因为上述还原得到了促进和软熔带空隙得到确保等所致。利用这种透气余力，可以提高高炉利用系数。另外，在生产量一定条件下，减少CO2排放的效果提高2.3%左右。