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(guān)于氫對粉煤燃燒性的影響及對高爐內(nèi)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(tài)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(guān)系進行了調(diào)查。燃燒氣化率是根據(jù)熱態(tài)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(nèi)溫度升高,使粉煤和塑料升溫、揮發(fā),促進揮發(fā)份的燃燒和固體成分的燃燒等一系列燃燒氣化反應(yīng)所致。燃燒氣化率的提高可以使未燃粉的發(fā)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(jù)荷重軟化試驗就還原氣體中的氫對燒結(jié)礦還原行為的影響進行了調(diào)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(jié)礦的還原速度,在到達軟化融熔溫度區(qū)域之前未還原的FeO量會下降所致。即,由于軟化融熔層中含F(xiàn)eO的渣滯留量減小,因此可以確保層內(nèi)的空隙。
東日本制鐵所(京浜地區(qū))2號高爐從2004年12月開始噴吹民用煤氣(以天然氣為基礎(chǔ)調(diào)整成分后的氣體)。民用煤氣的噴吹量設(shè)定為30kg/t,為使TFT保持不變,對富氧化量進行了調(diào)整。關(guān)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(shù)。另外,在生產(chǎn)量一定條件下,減少CO2排放的效果提高2.3%左右。