本发明涉及一种高炉操作方法，采用这种方法产生的高炉煤气含有适于作合成化学工业用气的成分。 在传统的高炉中所产生的绝大部分高炉煤气一般都用于炼钢厂。虽然由于生铁产量的增加和钢铁厂操作的改进使高炉煤气量增加，但是在这种钢铁厂中高炉煤气的消耗量近年来却减少了。因此，有效地利用过量高炉煤气便成了一个大问题。
因此，人们设想可以把高炉煤气中所含的大量CO气作为例如燃料甲醇气之类的合成化学工业用气。
但是传统的高炉煤气含有大量N2气。为了使用高炉煤气作为合成化学工业用气，必须从高炉煤气中分离出N2气，这样一来成本增加。因此，难于在工业规模上使用高炉煤气作为合成化学工业用气。
日本专利特公昭37-3356记载的高炉操作法中，从高炉风口鼓入含有适量CO2气和水蒸汽的氧气代替空气，同时鼓入从高炉煤气中分离出的基本上由CO和H2组成的还原气，待以使高炉炉顶煤气中的还原气含量达到70％。
这项技术旨在降低焦比，而不是为了生产合成化学工业用气。这件现有技术中的专利既未记载从高炉炉身中部吹入预热气体，也未记载从风口吹入煤粉。
日本专利特公昭52-32323中记载了从风口吹入矿物燃料和富氧鼓风时产生炉顶煤气的方法和从炉身中部吹入产生炉顶煤气的方法。
这项技术的目的也是降低焦比，而不是生产合成化学工业用气。按照这项技术，吹入富氧气体而不是纯氧。除非从所产生的高炉煤气中除去氮，否则不能够用来作为合成化学工业用气。
日本专利特公昭50-22966中，描述了一种吹入无氧化性气体的方法，这种方法使用初步还原的炉料进行高炉操作，在800℃温度下或者在比炉料高的温度下，从鼓风位置向炉料温度为700℃或更高的区域吹入无氧化性气体，以便预热初步还原的炉料或废钢。
这项技术同样旨在降低焦比，而不是生产合成化学工业用气。由于不吹入纯氧，所以不从高炉煤气中除去氮就不能用这种高炉煤气作为合成化学工业用气。
日本专利特公昭51-8091中，描述了一种从风口吹入富氧和还原气体，以控制氧和还原性气含量的高炉操作技术。
但是，这项技术旨在提高高炉的生产能力，而不是生产合成化学工业用气。按照这项技术，预热气体不是从炉身中部吹入的。由于在高炉中不吹入纯氧，因而若以高炉煤气作为合成化学工业用气使用，必须从中除去氮。
本发明的首要目的在于提供一种高炉的操作方法，采用此法可以产生作为合成化学工业用气的无氮高炉煤气，同时高炉的生铁产量仍然保持稳定。
本发明的第二个目的在于提供一种高炉操作方法，内容包括即使从风口吹入纯氧，风口喷嘴处的理论火焰温度也不会过分增高。
本发明的第三个目的在于提供一种高炉操作方法，其中甚至于从风口吹入纯氧，也可以补偿高炉上部的气体缺乏现象。
本发明的第四个目的在于提供一种高炉操作方法，该方法能够减少焦羰的用量。
为了达到上述发明目的，从风口吹入纯氧。高炉炉顶煤气变成基本不含氮的煤气。采取从风口吹入控温气体(例如水蒸汽、水、二氧化碳和高炉炉顶煤气)的方法，可以防止从风口吹入纯氧时，风口前端理论火焰温度的升高。此外，利用从炉身中部吹入预热气体的方法，可以防止从风口吹入纯氧时高炉上部缺乏气体的现象；所说的预热气体，例如燃烧高炉炉顶煤气所得到的基本上不含氮的气体，用来预热高炉的炉料。面且吹入纯氧后，便可以从风口吹入煤粉，从而减少了炉料中的焦炭用量。
“基本上不含氮的高炉煤气”一词的含意是这种高炉煤气含氮量通常≤10％，若使用这种气体作为化学气体并不妨碍操作。“基本上不含氮的预热气体”一词意指含氮量少到足以产生上述成分的高炉煤气。“纯氧”一词是指高纯度的氧只含极少量的氮从而足以产生上述成分的高炉煤气。
图1是本发明的高炉操作法实施例示意图；
图2是从风口吹入氧气的浓度与煤粉量之间关系的曲线图；
图3是从风口吹入氧气的浓度与预热气体量之间关系的曲线图。
实施例1
图1是本发明的高炉操作法的一个实施例的示意图。从炉顶或受料漏斗向高炉1内加入以铁矿石和焦碳为主要成分的炉料。从风口2吹入纯氧3、煤粉11、水(水或水蒸汽)12和控制高炉煤气温度的控温气体4′。为了预热炉料，从高炉炉身的中部吹入基本上不含氮的预热气体5。焦碳和煤粉与纯氧一起燃烧，铁矿石被还原和熔化后产生生铁和炉渣，而高炉炉顶则产生基本上不含氮的高炉煤气4。
用集尘器7除去高炉煤气4中的灰尘。得到的无尘高炉煤气分流到不同的目的地。一部分供给燃烧炉9，另一部分供风口2作为控温气体4′，还有一部分用于炼钢，其余部分供给CO2分离装置8。分离出CO2后再利用得到的CO和H2作为合成化学工业用气。来自CO2分离装置8的CO2气体可以作为控温气体供给产生预热气体的燃烧炉9或风口2。
在上述的操作中，为了防止风口前端因吹入纯氧造成的升温，要从风口2吹入HO12和控温气体4′。适当控制鼓风量，使风口前端的理论火焰温度为2000～2600℃。利用从风口2吹入的煤粉可取代部分焦碳。因为按照本发明要从风口2吹入纯氧，所以可以吹入大量煤粉。
尤其是从风口2吹入氧气的浓度增加时，煤粉用量按图2所示的方式增加，但是增加的数量还要随着例如煤粉种类等各种条件而变化。当从风口吹入氧的浓度增加时，炉内的气流量减少。由于这个原因，必须补充一定量气体来补偿如图3中所示的气体缺少现象。按照本发明，在从风口吹入纯氧的同时，从炉身中部吹入预热气体，这样就可以吹入大量煤粉，例如吹入煤粉400公斤/吨生铁，优选值为100～400公斤/吨生铁。换句话说，可以大幅度减少炼铁所用的焦碳量。
为了控制高炉中的潜热，需控制从风口吹入的O2、炉顶煤气和H2O的吹入量，以改变燃料比例。
使用预热气体5以增加高炉中的气体流量并预热高炉中炉料。利用高炉煤气与氧3′在燃炉9中燃烧的方法可以产生预热气体5。通过估计鼓风位置之下所产生的气体量，确定预热气体5的吹入量，以及使热流化(固体/气体)最好在0.8～1.0范围内。如果热流比过低，则必须吹入大量气体，耗掉其中的热量。但是如果热流比过高，则高炉内出现热短缺现象。因此高炉内的温度会降得过低，不能完成令人满意的气体还原。结果高炉操作变得不稳定。预热气体温度最好在500～1200℃范围内。如果温度过低，化学还原不完全。但是如果温度过高，则熔炼损失增加。因此高炉底部的热平衡被破坏，而且高炉操作也不稳定。此外，若铁矿石还原率高，则可以将预热气体温度调低。但是若铁矿石还原率低，则可以将预热气体温度调高。因此，在不延误还原反应的条件下可以有效地利用这些热量。通过改变高炉炉顶煤气循环量与鼓入O2量的比例，可以控制预热气体温度。
按照上述操作方法吹入纯氧，在所说的系统中基本上不引入外部N2气。因此高炉煤气基本上不含N2气，所以不必从高炉煤气中分离N2。需要时，只需从高炉煤气中分离出CO2气，便可用作合成化学工业用气。这样可以显著降低合成化学工业用的成本。
吹入纯氧时在风口前端或其附近的温度升高，可以用吹入从炉顶循环的高炉煤气的方法加以防止。此外，从炉身中部吹入的预热气体可防止炉内气流减少，借以稳定高炉的操作。而且由于喷入煤粉，可以大幅度减少高炉的焦碳，从而降低了操作成本。当使用高炉煤气作为合成化学工业用气时，只需将所需的高炉煤气中的CO2分离出去即可，因而还降低了化工用煤气的成本。
以下参照附图1说明按照本发明进行的高炉操作。
将铁矿石和焦碳(焦比为350公斤/吨热金属)装入高炉中(5000吨热金属/天)，而且为了防止高炉煤气成分波动，向炉内吹入纯氧(349标准立方米/吨)、炉顶煤气(165标准立方米/吨)、煤粉(300公斤/吨热金属-21吨/小时)和水蒸汽(3公斤/吨)。从高炉炉身的中部吹入预热气体(1000℃，105标准立方米/吨)。在本例中，所说的预热气体是用氧(10标准立方米/吨)和炉顶煤气(105标准立方米/吨)在燃烧炉内燃烧的方法制造的。
用上述高炉操作法生产的炉顶煤气的成分为：49％ CO、33.5％ CO2、9.2％ H2、0.73％ H2O和0.8％ N2。由此可见这种炉顶煤气基本上不含N2气。使所说的高炉煤气通过集尘器，然后使此无尘的高炉煤气分流到不同的目的地。一部分(105标准立方米/吨)送入燃烧炉，另一部分(165标准立方米/吨)从风口吹入高炉，还有一部分(1080标准立方米/吨，1726千卡/标准立方米)用于炼钢，剩余部分经CO2分离装置处理后，使用最后得到的CO和H2气作为合成化学工业用气。