JP2010084221A - Method for operating blast furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ベル・アーマー型炉頂装置を有する高炉(以後、「ベル・アーマー高炉」とも称する。)において、コークスと塊鉱石との混合層を形成させることで、劣質原料の多量使用下において高い反応効率と良好な通気性を維持した高生産性かつ低還元材比操業を実現させる高炉操業方法に関する。 In the present invention, in a blast furnace having a bell armor type top furnace (hereinafter also referred to as “bell armor blast furnace”), a mixed layer of coke and lump ore is formed. The present invention relates to a blast furnace operation method that realizes high productivity and low reducing material ratio operation while maintaining high reaction efficiency and good air permeability.
高炉操業においては、還元材としてのコークス、および鉄源としての焼結鉱、ペレット、塊鉱石など(以下、これらの鉄源を「鉱石」と総称する。)が炉頂部から交互に装入され、炉下部の羽口からは熱風が送風されるとともに、通常は微粉炭などの補助還元材が吹き込まれる。炉頂部から装入されたコークスおよび鉱石(以下、「コークス」と「鉱石」とを「原料」と総称する。)は、交互に積層されたコークス層および鉱石層を形成し、高炉内の荷下がりにしたがって、徐々に高炉内を炉下部に向かって降下しながら、炉下部から上昇するガスにより昇温される。鉱石は昇温および還元により軟化収縮して融着帯と呼ばれる領域を経て、溶解して炉内を滴下して炉下部に至る。 In blast furnace operation, coke as a reducing material and sintered ore, pellets, lump ore, etc. as iron sources (hereinafter, these iron sources are collectively referred to as “ores”) are alternately charged from the top of the furnace. Hot air is blown from the tuyeres at the bottom of the furnace, and an auxiliary reducing material such as pulverized coal is usually blown. Coke and ore charged from the top of the furnace (hereinafter, “coke” and “ore” are collectively referred to as “raw material”) forms a coke layer and an ore layer that are alternately stacked, and loads in the blast furnace. As the temperature falls, the temperature is raised by the gas rising from the lower part of the blast furnace while gradually descending toward the lower part of the blast furnace. The ore softens and shrinks due to temperature rise and reduction, passes through a region called a cohesive zone, melts, drops inside the furnace, and reaches the lower part of the furnace.
羽口から送風された熱風(空気または酸素富化された空気を加熱したもの)は、コークスなどの還元材と反応して還元ガスを生成し、この時に反応消失したコークスにより高炉内に装入された原料は荷下がりする。 Hot air blown from the tuyere (heated air or oxygen-enriched air) reacts with a reducing material such as coke to produce a reducing gas, which is charged into the blast furnace by the coke that disappeared at this time. The processed ingredients are unloaded.
高炉を安定にしかも効率よく操業するには、炉内を上昇するガスと炉内を降下するコークスおよび鉱石との熱交換および反応を効率よく行い、通気性、通液性を良好に保つことが重要である。特に生産性を高めるために還元材比(銑鉄1tを生産するために必要な還元材量をkgで表したものであって、通常はコークスおよび微粉炭が還元材として使用される。)を低くすること指向した操業を行った場合には、高炉内のコークス層厚に比較して鉱石層厚が増加するため、鉱石層内上部では還元ガス濃度が低下し、炉内の反応効率が低下する。 In order to operate the blast furnace stably and efficiently, heat exchange and reaction between the gas rising in the furnace and the coke and ore descending in the furnace must be performed efficiently to maintain good air permeability and liquid permeability. is important. In particular, in order to increase productivity, the reducing material ratio (the amount of reducing material required to produce 1 ton of pig iron is expressed in kg, and coke and pulverized coal are usually used as the reducing material). When the operation is directed to do so, the ore layer thickness increases compared to the coke layer thickness in the blast furnace, so the reducing gas concentration decreases in the upper part of the ore layer and the reaction efficiency in the furnace decreases. .
近年の高生産性のみならずCO2排出抑制の観点から強く要請されている高炉還元材比低減を実現するためには、次のような通気性の低下という問題を解決しなければならない。 In order to realize a reduction in the blast furnace reducing material ratio which is strongly demanded from the viewpoint of suppressing CO 2 emission as well as high productivity in recent years, the following problem of a decrease in air permeability must be solved.
装入物の粒径を比較するとコークスよりも鉱石の粒径が小さいので、還元材比を低下させるべく装入されるコークスに対する鉱石の比率が上昇すると、装入物で形成される充填層の空隙率が低下する。また、高炉下部には高炉全体の通気性を支配する通気抵抗の高い領域である融着帯(鉱石層が軟化収縮してなる帯状領域)が存在し、装入コークスに対する鉱石の比率が上昇すると、この融着帯領域が拡大する。このように、還元材比を低下させると通気性が低下する傾向を示す。 When the particle size of the charge is compared, the particle size of the ore is smaller than that of the coke, so when the ratio of ore to the coke charged to reduce the reducing material ratio increases, the packed bed formed of the charge Porosity decreases. In addition, the lower part of the blast furnace has a cohesive zone (a zone where the ore layer is softened and contracted), which has a high ventilation resistance that governs the air permeability of the entire blast furnace, and the ratio of ore to charged coke increases. This cohesive zone is enlarged. Thus, when the reducing material ratio is decreased, the air permeability tends to decrease.
一方で、昨今の世界的な原料需給情勢の変化に対応した、低コストの劣質原料の有効利用が要請されている。劣質原料とは、鉱石の場合には、特にAl2O3濃度が高い原料や天然の塊鉱石の中でも高結晶水塊鉱石などが挙げられる。 On the other hand, there is a demand for effective use of low-cost inferior raw materials in response to recent changes in the global demand for raw materials. In the case of an ore, the inferior raw material includes a raw material having a particularly high Al 2 O 3 concentration and a high crystal water block ore among natural block ores.
ここで、「高結晶水塊鉱石」とは天然の塊鉱石のうち比較的結晶水量が多いもの(通常は4質量%以上)をいう。このように結晶水量が多い塊鉱石が炉内で昇温されると、塊鉱石内の結晶水が揮発し、この脱水によって生成する気孔は高温における塊鉱石の強度を劣化させる。すなわち、高結晶水塊鉱石は高温における荷重軟化収縮抵抗が小さく、高温通気抵抗も焼結鉱に比較すると著しく高い。この傾向は、結晶水量が4〜6質量%以上になると顕著になり、高温(973K以上)加熱後の強度劣化、荷重軟化性状の悪化が顕著化する。このため、一般的には高結晶水塊鉱石は単独で使用されず、焼結鉱とともに高炉に装入されている。 Here, the “high crystal water block ore” means a natural block ore having a relatively large amount of crystal water (usually 4% by mass or more). When the massive ore with a large amount of crystallization water is heated in the furnace, the crystallization water in the massive ore is volatilized, and pores generated by this dehydration deteriorate the strength of the massive ore at a high temperature. That is, the high-crystal water block ore has low resistance to load softening shrinkage at high temperatures, and the high-temperature aeration resistance is significantly higher than that of sintered ore. This tendency becomes prominent when the amount of water of crystallization becomes 4 to 6% by mass or more, and the strength deterioration after heating at a high temperature (973K or more) and the deterioration of load softening properties become remarkable. For this reason, generally, a high crystal water block ore is not used alone but is charged into a blast furnace together with a sintered ore.
その一方で、高結晶水塊鉱石は前述の気孔が発生することによって比表面積が増加するため、結晶水量の少ない塊鉱石や焼結鉱などに比べると被還元性が高い。したがって、還元材比を低下させるとともに昨今の原料需給事情に対応するという観点からは可能な限り高結晶水塊鉱石の使用量を増加させることが好ましい。 On the other hand, since the specific surface area of the high crystal water block ore increases due to the occurrence of the pores described above, the reducibility is high compared to a block ore or sintered ore with a small amount of crystal water. Therefore, it is preferable to increase the amount of high crystal water block ore as much as possible from the viewpoint of reducing the reducing material ratio and responding to the recent supply and demand situation of raw materials.
上記のように高結晶水塊鉱石は一般に焼結鉱と混合されて高炉に装入されているが、焼結鉱とは性状の異なる高結晶水塊鉱石をその特徴に応じて有効に使い分けることにより高炉内全体の反応効率を向上させることを目的とした技術が見られる。 As described above, high-crystal water block ore is generally mixed with sintered ore and charged into the blast furnace, but high-crystal water block ore with different properties from sintered ore must be used properly according to its characteristics. Thus, a technique aimed at improving the reaction efficiency of the entire blast furnace can be seen.
高結晶水塊鉱石の使用法として、特許文献1では、高結晶水塊鉱石の微粉部(具体的にはアンダー3mmメッシュ)を予め取り除いた後、高炉に装入することで炉内の通気性を良好に維持する方法が開示されている。この方法により、粉状鉱石の目詰まりによる通気性の悪化を緩和することができるが、高結晶水塊鉱石は微粉部を予め取り除くことによって装入時には塊状であっても、高炉内昇温過程に於いて強度が劣化するため、炉内では細粒化し通気抵抗が上昇し、操業に支障をきたすことになるという基本的な問題点を回避することは困難である。
As a method for using the high crystal water block ore, in
特許文献2においては、高結晶水塊鉱石と細粒の高反応性コークスとを混合装入することによって、高被還元性の高結晶水塊鉱石と高反応性コークスとを近接に配置し、鉱石還元および炭材ガス化を活発にして、同領域の反応効率を向上させる技術が開示されている。しかし、高結晶水塊鉱石は、炉内においては強度がきわめて低くなること、また、細粒の高反応性コークスは一般に低強度で、融着帯までに反応消滅させることが炉下部通気確保の必要条件であることから、混合されている高結晶水塊鉱石と高反応性コークスの劣化(強度低下)が塊状帯(融着帯の上方における鉱石とコークスとがともに塊状で混在する領域)において同時に生じ、通気性を著しく阻害する領域が生成されるおそれがある。また、融着帯付近において、高結晶水塊鉱石に近接配置されているコークスが消滅または反応劣化すると、高結晶水塊鉱石の軟化収縮を抑制することができず、融着帯の圧損上昇が操業を阻害するおそれもある。
In
また、特許文献3では、塊コークスに鉱石を事前に混合して装入する方法が開示されている。混合する鉱石として高結晶水塊鉱石を選択すれば、高結晶水塊鉱石の周辺にスペーサーとなる塊コークスを配置することになり、強度の低い高結晶水塊鉱石にかかる荷重を緩和し、いわゆる骨材的効果により高結晶水塊鉱石の700℃付近からの軟化収縮と劣化は抑制され、通気性を確保することができる。
Moreover, in
特許文献4には、鉱石中に適量のコークスを分散して混入したコークス混入鉱石層を形成させるために、鉱石ホッパーから装入ベルトコンベア上に切り出された鉱石の上にコークスを切り出して配置することによって、鉱石とコークスとを同時に炉内へ装入することを意図する発明が開示されている。高炉の原料は、ベル・アーマー型炉頂装入装置等の炉頂装入装置へは、装入ベルトコンベアで搬送されており、この発明は装入ベルトコンベアへの積載方法を規定した発明である。
しかしながら、塊コークスおよびそれよりも粒径の小さい鉱石によって構成された均一な混合層を高炉内に形成することは、特許文献3や4に開示された技術をもってしても十分とはいえなかった。
However, even with the techniques disclosed in
そこで、本発明は、近年の低還元材比による高炉操業または微粉炭吹き込みによる低コークス比を前提とした高炉操業における、高生産性の要求および原料需給変動による高炉使用原材料の品質変化に柔軟に対応して、高結晶水塊鉱石を使用しつつ、その高結晶水塊鉱石を含む鉱石と塊コークスとの均一な混合状態を高炉に作り出し、高炉内の反応効率および通気性をいずれも良好に維持することが可能な高炉の操業方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention flexibly responds to changes in the quality of raw materials used in blast furnaces due to demands for high productivity and raw material supply and demand fluctuations in blast furnace operations based on the recent blast furnace operation with low reducing material ratio or low coke ratio with pulverized coal injection. Correspondingly, while using a high crystal water block ore, a uniform mixing state of the ore containing the high crystal water block ore and the block coke is created in the blast furnace, and both the reaction efficiency and air permeability in the blast furnace are improved. It aims at providing the operation method of the blast furnace which can be maintained.
上記の目的を実現するために提供される本発明は、以下に示すとおりである。
(1)ベル・アーマー型炉頂装置を用いて鉱石とコークスとを交互に高炉炉内に装入する高炉操業方法において、高炉炉内に鉱石を装入するために高炉炉頂へ装入物を搬送する装入ベルトコンベア上に鉱石を積載するにあたり、当該積載された鉱石全体の5体積%以下の体積に相当する塊鉱石を、装入ベルトコンベアの先頭部に配置することを特徴とする高炉操業方法。
The present invention provided to achieve the above object is as follows.
(1) In the blast furnace operation method in which ore and coke are alternately charged into the blast furnace using a bell armor type top apparatus, the charge to the blast furnace top is charged to charge the ore into the blast furnace. When ore is loaded on the charging belt conveyor that transports the ore, a lump ore corresponding to a volume of 5% by volume or less of the entire loaded ore is disposed at the top of the charging belt conveyor. Blast furnace operation method.
(2)前記装入ベルトコンベアの先頭部に配置される塊鉱石は、結晶水を4質量%以上含む塊鉱石であることを特徴とする上記(1)に記載の高炉操業方法。 (2) The blast furnace operating method according to (1) above, wherein the lump ore disposed at the top of the charging belt conveyor is lump ore containing 4% by mass or more of crystal water.
(3)前記コークスは平均粒径が30mm以上の塊コークスであって、前記装入ベルトコンベアの先頭部に配置される塊鉱石は、当該塊コークスからなる高炉炉内のコークス層に浸透可能なように当該塊コークスよりも平均粒径が小さい、上記(1)または(2)に記載の高炉操業方法。 (3) The coke is a lump coke having an average particle size of 30 mm or more, and the lump ore disposed at the top of the charging belt conveyor can penetrate a coke layer in a blast furnace made of the lump coke. As described above, the method for operating a blast furnace according to (1) or (2), wherein the average particle size is smaller than that of the lump coke.
本発明によれば、装入ベルトコンベアに積載される鉱石の先頭に、装入される全鉱石の5体積%以下の体積に相当する塊鉱石、好ましくは結晶水含有率を4質量%以上含有する塊鉱石を配置することで、塊鉱石の高炉内落下点近傍に、反応性と通気性に優れた塊コークスと塊鉱石の混合層を形成することができる。このため、高炉内の到達還元率および高温通気抵抗指数を共に良好とすることが可能である。したがって、低還元材比であっても、生産性かつ経済性に優れる高炉操業が実現される。 According to the present invention, the ore loaded on the charging belt conveyor has a lump ore corresponding to a volume of 5% by volume or less of the total ore to be charged, preferably containing 4% by mass or more of crystal water content. By arranging the lump ore to be formed, a mixed layer of lump coke and lump ore excellent in reactivity and air permeability can be formed in the vicinity of the falling point of the lump ore in the blast furnace. For this reason, it is possible to improve both the ultimate reduction rate in the blast furnace and the high temperature ventilation resistance index. Therefore, even if it is a low reducing material ratio, the blast furnace operation which is excellent in productivity and economy is realized.
本発明に係る高炉操業方法の最良の形態を以下に説明する。
1.塊鉱石および塊コークスの混合物の堆積時の偏析現象
本発明者らは、塊鉱石の落下点近傍に塊鉱石と塊コークスとの均一な混合層を作成できる装入方法を見出すべく、実高炉のベル・アーマー型炉頂装入装置を模擬した実物大の装置による装入実験を実施し、詳細な解析を行った。なお、ベル・アーマー型装入装置の常法によりアーマー(ムーバブルアーマー)の位置を変化させることで、炉内半径方向であれば塊鉱石の落下点を任意の位置に設定することができる。したがって、炉内半径方向のいずれかの落下点での現象を正確に把握し、その結果に基づいて装入を適切に制御して塊鉱石と塊コークスとの均一な混合層を形成することができれば、炉内半径方向の全面にわたって塊鉱石と塊コークスとの均一な混合層を配置することが可能である。そこで、装入工程全体における原料の振る舞いについて詳細に検討を行った。
The best mode of the blast furnace operating method according to the present invention will be described below.
1. Segregation phenomenon during deposition of a mixture of lump ore and lump coke The inventors of the present invention have found that in order to find a charging method that can create a uniform mixed layer of lump ore and lump coke near the falling point of the lump ore. A detailed experiment was conducted using a full-scale apparatus simulating a bell armor type furnace top charging apparatus. In addition, by changing the position of the armor (movable armor) by a conventional method of the bell armor type charging device, the falling point of the lump ore can be set at an arbitrary position in the radial direction in the furnace. Therefore, it is possible to accurately grasp the phenomenon at any falling point in the radial direction of the furnace, and appropriately control charging based on the result to form a uniform mixed layer of lump ore and lump coke. If possible, it is possible to arrange a uniform mixed layer of lump ore and lump coke over the entire surface in the radial direction of the furnace. Therefore, the behavior of raw materials in the entire charging process was examined in detail.
まず、特許文献3に開示されたように塊コークスと塊鉱石とを予め混合して、装入ベルトコンベアから大ベルホッパーに装入すると、装入直後はベルトコンベア上の混合状態を維持して塊コークスと塊鉱石との混合物が堆積されるものの、大ベルホッパー内における原料の堆積が進行するにつれて、装入ベルトコンベアからの落下点付近であるところの大ベルホッパー内の半径方向の中間部には、塊コークスよりも密度が大きく粒径が小さい塊鉱石が偏析し、当該落下点から離れた大ベルホッパー外周部、および大ベル近傍(中心付近)に塊コークスが集中して堆積する。すなわち、大ベルホッパーに装入する前の段階でいかに均一な混合物としていても、装入後の大ベルホッパー内ではその均一性は失われ、ホッパー内で塊コークスが密な領域と塊鉱石が密な領域とが形成されてしまう。
First, as disclosed in
これは、塊コークスと塊鉱石とでは、形状も密度も大きく異なることに由来している。高炉内で使用される塊コークスは、一般的に、粒子比重が1.0g/cm3程度で、粒径は30乃至80mm程度である。一方、塊鉱石は、一般的に、粒子比重が3g/cm3前後で、粒径は10mm乃至40mm程度である。このため、密度が小さく粒径の大きい塊コークスと、密度が大きく粒径の小さい塊鉱石との混合物は、搬送、落下、堆積過程において振動が付与されると均一性を失い、塊鉱石が優先的に下方に沈降してしまう。したがって、たとえ装入ベルトコンベア上では均一な混合物であったとしても、大ベルホッパー内部の斜面を流下している間に、密度が大きく粒径の小さい塊鉱石は、堆積層の下部方向にふるい落とされながら堆積する傾向を示す。 This is due to the fact that massive coke and massive ore differ greatly in shape and density. Bulk coke used in a blast furnace generally has a particle specific gravity of about 1.0 g / cm 3 and a particle size of about 30 to 80 mm. On the other hand, a block ore generally has a particle specific gravity of about 3 g / cm 3 and a particle size of about 10 mm to 40 mm. For this reason, a mixture of lump coke with a small density and a large particle size and a lump ore with a large density and a small particle size lose uniformity when subjected to vibration during transportation, falling, and depositing processes, and lump ore takes precedence. Will sink downward. Therefore, even though it is a uniform mixture on the charging belt conveyor, large ores with a small density and small particle size are screened in the lower part of the sedimentary layer while flowing down the slope inside the large bell hopper. It tends to accumulate while being dropped.
このような傾向を有するため、塊鉱石および塊コークスの斜面における移動方向を比較すると、塊鉱石の方がより垂直に近い方向に移動する(塊鉱石の優先流下の原則)。このため、大ベルホッパーに落下した塊コークスの方が、塊鉱石よりも落下点から炉内半径方向外側に堆積しやすくなる。したがって、外周側に塊コークスがより多く堆積され、その塊コークスがより多く存在する外周側の領域よりも内周側の領域である落下点近傍に塊鉱石がより多く堆積する領域が形成されるようになる。 Because of this tendency, when comparing the moving directions of the lump ore and lump coke on the slope, the lump ore moves in a direction closer to vertical (the principle of preferential flow of lump ore). For this reason, the lump coke that has fallen into the large bell hopper is more likely to deposit on the outside in the furnace radial direction than the lump ore than the lump ore. Therefore, more coke is deposited on the outer peripheral side, and a region in which more ore is deposited near the falling point, which is an inner peripheral region than an outer peripheral region where more coke exists. It becomes like this.
こうしてひとたび外周側から塊コークス、塊鉱石の順番で堆積されると、この塊鉱石が多い領域よりも内周側に落下した塊コークスはその密度が塊鉱石よりも軽いがゆえに塊鉱石が多い領域を超えて外周側に流下することが困難となる。このため、この塊鉱石が多い落下点近傍の領域よりも内周側では、上記の塊鉱石の優先流下の原則にしたがって、より外周側に塊鉱石が多い領域が、より内周側に塊コークスが多い領域が形成されることとなる。 Once accumulated in this order from the outer periphery to the lump coke and lump ore, the lump coke that falls to the inner periphery side than the lump ore has a lighter density than the lump ore and therefore has a lot of lump ore. It is difficult to flow down to the outer peripheral side beyond the point. For this reason, on the inner circumference side of the area near the drop point where there is much lump ore, the area with more lump ore on the outer circumference side and lump coke on the inner circumference side in accordance with the principle of preferential flow of lump ore above. A region having a large amount of is formed.
この塊鉱石が多い落下点近傍の領域よりも内周側の領域における相対的に外周側の塊鉱石が多い領域は、塊鉱石が多く堆積する落下地点近傍の領域と一体化する。したがって、落下地点付近には塊鉱石が優先的に堆積され、塊コークスはそれ以外の領域、すなわち落下点から離れた大ベルホッパー外周部、および大ベル近傍に集中することになる。 The region having a relatively large lump ore on the outer peripheral side in the region on the inner periphery side than the region near the drop point having a large lump ore is integrated with a region near the drop point where a large amount of the lump ore is accumulated. Accordingly, massive ore is preferentially deposited in the vicinity of the falling point, and the massive coke is concentrated in other regions, that is, the outer periphery of the large bell hopper away from the falling point and in the vicinity of the large bell.
このように、塊鉱石および塊コークスの混合物にはベルホッパー内の堆積過程での偏析現象が存在するため、大ベルの開操作によって塊コークスと塊鉱石との混合物が高炉内に排出されると、排出の先頭には、大ベルホッパー外周部に存在している塊コークスが優先的に高炉内に落下する。この先頭に排出された塊コークスが高炉内落下後は、炉中心付近まで流れ込み、中心部における塊コークスの分布密度が高くなる。しかも、排出中期以降に塊コークスと塊鉱石とが混合状態で排出される場合にも、混合物の炉内への落下後、原料斜面を流下する際に、密度が大きく粒径の小さい塊鉱石が、混在する塊コークスの空隙を下層方向に優先的に移動しながら堆積する結果、落下点付近には鉱石が選択的に偏在することになる。 In this way, since the segregation phenomenon in the deposition process in the bell hopper exists in the mixture of lump ore and lump coke, the mixture of lump coke and lump ore is discharged into the blast furnace by opening the large bell. At the top of discharge, the lump coke existing on the outer periphery of the large bell hopper preferentially falls into the blast furnace. After the lump coke discharged at the top falls into the blast furnace, it flows to the vicinity of the center of the furnace, and the distribution density of the lump coke at the center increases. In addition, even when lump coke and lump ore are discharged in the mixed state after the middle discharge, lump ore with a large density and a small particle size is produced when the mixture flows down the raw material slope after falling into the furnace. As a result of depositing while preferentially moving the voids of the mixed coke in the lower layer direction, the ore is selectively unevenly distributed in the vicinity of the drop point.
以上説明したように、たとえ大ベルホッパーに装入する塊コークスと鉱石とを装入ベルトコンベア上で均一に混合させておいたとしても、両者の密度および粒径の相違により、炉内で堆積時に偏析分離することは避けられないのである。 As explained above, even if the lump coke and ore charged in the large bell hopper are uniformly mixed on the charging belt conveyor, they are deposited in the furnace due to the difference in density and particle size between the two. Sometimes segregation is inevitable.
2.塊鉱石のコークス層内部への浸透現象および均一な混合層の形成
以上の検討を基礎として偏析分離現象を抑制する方法を検討するにあたり、発明者らは、塊コークス斜面上に、鉱石を落下させたときに、先頭に落下した一部の鉱石が、高炉内の最表層をなすコークス層(実質的にコークスのみが堆積する層)における落下点付近の内部に入り込む現象に着目した。
2. Based on the above study, the inventors dropped the ore on the slopes of the coke. We focused on the phenomenon in which some ore that fell to the beginning entered the inside of the vicinity of the drop point in the coke layer (the layer in which only coke is deposited) in the blast furnace.
前述したように、落下させる塊鉱石に比較すると斜面を形成するコークス層の塊コークスは軽く粗いため、重く細かい塊鉱石粒子群が落下すると、落下点付近のコークス層の内部に落下した一部の塊鉱石が塊コークスの空隙を通過して下方へと落下する(以下、この現象を「浸透」とも称する。)。 As described above, the coke in the coke layer that forms the slope is lighter and rougher than the lump ore to be dropped, so when heavy and fine lump ore particles fall, some of the coke layer that falls inside the coke layer near the drop point The lump ore falls through the voids of the lump coke and falls downward (hereinafter, this phenomenon is also referred to as “penetration”).
本発明者らが塊鉱石の装入過程をさらに詳細に観察した結果、コークス層への浸透現象は次のようにして均一な混合層の形成をもたらすことが見出された。まず、先頭に落下した鉱石が落下点付近のコークス層に浸透し、その領域に存在していたコークス粒子間の空隙が、強制的に侵入した塊鉱石によって満たされる。このため、コークス層には、塊鉱石落下点付近に充填密度が高い領域が生成される。この領域は、鉱石の落下衝撃を伴って形成されるため、この段階の充填密度は、通常の異種粒子混合による空隙率低下、すなわち充填密度上昇の程度よりも大きい状況にある。このため、局所的にコークス層の斜面が不安定になる。この領域に塊鉱石が更に落下してくると、この塊鉱石粒子の衝撃によってこの密度が高い領域における表層部分が崩壊を開始し、塊コークス中に侵入した塊鉱石の一部は、隣接している塊コークスとともに斜面下部(すなわち高炉の中心側)に流れ込む。 As a result of further observation of the charging process of the lump ore by the present inventors, it was found that the infiltration phenomenon into the coke layer leads to the formation of a uniform mixed layer as follows. First, the ore falling to the top penetrates into the coke layer near the drop point, and the voids between the coke particles existing in the region are filled with the intruded mass ore. For this reason, in the coke layer, a region having a high packing density is generated in the vicinity of the lump dropping point. Since this region is formed with a drop impact of ore, the packing density at this stage is larger than the degree of porosity reduction due to normal mixing of different particles, that is, the degree of packing density increase. For this reason, the slope of the coke layer becomes locally unstable. When the lump ore further falls in this area, the impact of the lump ore particles causes the surface layer portion in the high density area to start collapsing, and part of the lump ore that has entered the lump coke is adjacent to it. It flows into the lower part of the slope (that is, the center side of the blast furnace) together with the lump coke.
その結果、落下直後にコークス粒子間空隙への塊鉱石の侵入により形成された混合層における過剰な塊鉱石は排除され、先頭に落下した塊鉱石を中心とした均一な混合層が形成される。 As a result, excessive lump ore in the mixed layer formed by intrusion of lump ore into the space between coke particles immediately after dropping is eliminated, and a uniform mixed layer centering on lump ore falling to the top is formed.
3.均一な混合層の形成条件
この均一な混合層の形成条件を調査したところ、この領域に含まれる塊鉱石量は、落下する際の鉱石の衝撃エネルギー、すなわち、落下距離、装入量、および、塊鉱石粒子の粒径や密度、また、下部からのガス流速に依存するものの、通常の高炉操業範囲においては、これらの因子の中では、主として粒径および装入される全鉱石量に影響を受け、その他の因子による影響は小さいことがわかった。
3. Formation condition of uniform mixed layer When the formation condition of this uniform mixed layer was investigated, the amount of massive ore contained in this region was the impact energy of the ore when falling, that is, the fall distance, the charge amount, and Depending on the particle size and density of the massive ore particles and the gas flow rate from the bottom, in the normal blast furnace operating range, these factors mainly affect the particle size and the total amount of ore charged. It was found that the influence of other factors was small.
これらが混合層の形成に与える影響について説明すれば、塊鉱石の粒径が落下点付近のコークス粒径よりも十分に小さいと、塊鉱石のコークス粒子間への浸透が促進され、均一な混合層が形成される領域は拡大される。また、装入される全鉱石量が多くなると、落下点近傍のコークス層に侵入する鉱石が荷重により押し込まれる効果が働き、やはり均一な混合層が形成される領域は拡大するからである。 Explaining the effect of these on the formation of the mixed layer. When the particle size of the lump ore is sufficiently smaller than the coke particle size near the drop point, penetration of the lump ore between the coke particles is promoted, and uniform mixing is achieved. The area where the layer is formed is enlarged. Further, when the total amount of ore charged increases, the effect of the ore intruding into the coke layer in the vicinity of the drop point is pushed by the load, and the region where the uniform mixed layer is formed is also enlarged.
この点についてのさらなる詳細な実験を行ったところ、落下点近傍でコークスと混合層を形成する鉱石は装入される全鉱石の5体積%であることが明らかになった。具体的には、大ベルホッパー内の全鉱石のうち最下端部に存在する5体積%分が、落下点においてコークス層に浸透し、同領域近傍に均一な混合層を形成することに関与する。 Further detailed experiments on this point revealed that the ore forming a mixed layer with coke near the drop point was 5% by volume of the total ore charged. Specifically, 5% by volume of the total ore in the large bell hopper permeates the coke layer at the falling point and is involved in forming a uniform mixed layer in the vicinity of the same region. .
一方、大ベルホッパー内の全鉱石のうち最下端部5体積%以外の鉱石は、コークス層斜面の落下点付近にはすでに塊コークスと塊鉱石との均一な混合層を形成されているので、それ以上はコークス層にほとんど浸透せず、通常の鉱石層を形成する。 On the other hand, the ores other than the 5% by volume of the lowest end of all ores in the large bell hopper have already formed a uniform mixed layer of lump coke and lump ore near the falling point of the slope of the coke layer. Above that, it hardly penetrates into the coke layer and forms a normal ore layer.
ここで、この大ベル最下部の5体積%の原料は、炉頂へ搬送する装入ベルトコンベア上の鉱石の先頭の5体積%に相当する。この程度の装入ごく初期については、前述のような装入ベルトコンベアから大ベルホッパーへの装入過程における偏析現象が生じることはなく、装入ベルトコンベアにおける原料の状態がほぼそのまま維持される。したがって、高炉炉内に鉱石を装入するときに、高炉炉頂へ装入物を搬送する装入ベルトコンベア上に鉱石を積載するにあたり、当該積載された鉱石全体の5体積%以下の体積に相当する塊鉱石を、装入ベルトコンベアの先頭部に配置する方法を採用することで、高炉内において効率的に混合層を形成することが実現される。また、この効果を十分に発揮するためには、装入ベルトコンベアの先頭部に配置する塊鉱石が、当該積載された鉱石全体の3体積%以上であることが望ましい。 Here, the raw material of 5 volume% at the bottom of the large bell corresponds to 5 volume% of the top of the ore on the charging belt conveyor conveyed to the top of the furnace. In the very initial stage of charging, the segregation phenomenon in the charging process from the charging belt conveyor to the large bell hopper does not occur as described above, and the state of the raw material in the charging belt conveyor is maintained as it is. . Therefore, when loading ore into the blast furnace, when loading the ore on the charging belt conveyor that conveys the charge to the top of the blast furnace, the volume of the loaded ore is 5% by volume or less. By adopting a method in which the corresponding lump ore is arranged at the head of the charging belt conveyor, it is possible to efficiently form a mixed layer in the blast furnace. Moreover, in order to fully exhibit this effect, it is desirable that the lump ore arranged at the head part of the charging belt conveyor is 3% by volume or more of the entire loaded ore.
このように、塊コークスと塊鉱石との均一な混合層を形成することができれば、この混合層では塊コークスが骨材の機能を果たすため、塊鉱石の結晶水量が多くても、混合層全体としての荷重軟化収縮抵抗が著しく低下することはない。したがって、塊鉱石の結晶水量が多い劣質原料を使用しても、炉内通気性が低下する危険性が抑制されることになる。また、天然の塊鉱石の結晶水量(CW、単位:質量%)と被還元性(RI、単位:%)との関係を表す図1に示されるように、一般に天然の塊鉱石の被還元性は、鉱石が含有する結晶水量が多いほど上昇する。このため、結晶水量が多いほうがむしろ混合層の塊鉱石および塊コークスの近接配置効果による反応性、通気性向上効果が得られやすい。ここで、図1によれば、通常の焼結鉱の被還元性60乃至70%に相当する結晶水量は4質量%である。したがって、劣質原料であるがゆえに低コストで調達可能な結晶水量が4質量%以上の高結晶水塊鉱石を用いることで、焼結鉱と同等以上の生産性を安定的に実現することが可能である。
In this way, if a uniform mixed layer of lump coke and lump ore can be formed, lump coke functions as an aggregate in this mixed layer, so even if the amount of crystal water of the lump ore is large, the entire mixed layer The load softening shrinkage resistance is not significantly reduced. Therefore, even if an inferior raw material with a large amount of crystal water of the lump ore is used, the risk that the in-furnace air permeability is reduced is suppressed. Further, as shown in FIG. 1 showing the relationship between the amount of crystal water of natural block ore (CW, unit: mass%) and the reducibility (RI, unit:%), the reducibility of natural block ore is generally shown. Increases as the amount of water of crystallization contained in the ore increases. For this reason, when the amount of crystal water is large, the reactivity and the air permeability improvement effect by the proximity arrangement effect of the lump ore and lump coke in the mixed layer are more likely to be obtained. Here, according to FIG. 1, the amount of crystallization water corresponding to the
以上をまとめると、ベル・アーマー型高炉において、コークス装入後の鉱石装入において、結晶水を含む塊鉱石、好ましくは結晶水量が4質量%以上の甲結晶水塊鉱石をコークスの直後に装入する鉱石量の5体積%以下を高炉炉頂へ搬送する装入ベルトコンベア上の同鉱石の先頭に配置することで、劣質原料の多量使用下においても、高い反応効率と良好な通気性を維持した高生産性かつ低還元材比操業が安定的に実現される。 In summary, in the Belle Armor-type blast furnace, when ore is charged after the coke is charged, a massive ore containing crystal water, preferably a crystal water mass ore with a crystal water amount of 4% by mass or more is charged immediately after the coke. By placing it at the top of the ore on the charging belt conveyor that conveys 5% by volume or less of the amount of ore to be introduced to the top of the blast furnace furnace, high reaction efficiency and good air permeability can be achieved even when a large amount of inferior raw material is used Maintained high productivity and low-reducing material ratio operation can be realized stably.
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
1.装入装置
実高炉(内容積2150m3)のベル-アーマー型炉頂装入系を模擬した実物大の装入装置による装入実験を実施した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
1. Charging apparatus A charging experiment was conducted with a full-scale charging apparatus simulating a bell-armor type furnace top charging system of an actual blast furnace (internal volume 2150 m 3 ).
図2には本実施例において使用した装入装置を概念的に示す斜視図である。この装入装置は、高炉炉頂部分の炉中心から炉壁までの半径方向を矩形型に切り取った形状をしており、原料の落下、堆積挙動が直接観察できるように、その一断面が透明なアクリル板で構成されている。また、第2図に示すように、実高炉のベル-アーマー型炉頂装入系と同様に、装置の上部には、大ベルホッパーaおよびこれに含まれる大ベルb、ならびにアーマープレートcが配置されている。アーマープレートcは、垂直軸からの角度が可変であり(ムーバブルアーマー)、落下する原料が反発する角度を変更することで、炉内への装入位置を調整する機能を有する。 FIG. 2 is a perspective view conceptually showing the charging device used in this embodiment. This charging device has a rectangular shape with the radial direction from the furnace center to the furnace wall at the top of the blast furnace furnace, and its cross section is transparent so that the falling and deposition behavior of raw materials can be observed directly. It is made of an acrylic board. Further, as shown in FIG. 2, as in the bell-armor type top charging system of the actual blast furnace, a large bell hopper a, a large bell b included therein, and an armor plate c are provided at the upper part of the apparatus. Has been placed. The armor plate c is variable in angle from the vertical axis (movable armor) and has a function of adjusting the charging position in the furnace by changing the angle at which the falling material repels.
装入ベルトコンベア(図示せず。)から、装入装置の大ベルホッパーa内に堆積させた原料は、大ベルbを降下させることで炉内へ落下し、アーマープレートcに反発後炉内斜面に堆積する。この際、落下距離dを一定に保つように、大ベルホッパーaごと大ベルbの高さを設定できるようになっている。 From the charging belt conveyor (not shown), the raw material deposited in the large bell hopper a of the charging device falls into the furnace by lowering the large bell b, and then repels the armor plate c in the furnace. Deposit on the slope. At this time, the height of the large bell b can be set together with the large bell hopper a so as to keep the fall distance d constant.
この落下距離dは、通常のベル高炉においては、アーマープレートcの垂直軸からの角度が0の場合、大ベルホッパーaから排出される原料流の落下軌跡が炉周辺部まで十分に到達するような高さを目安として操業上管理されており、本実験では標準的な値としてd=3.65mとした。 In the normal bell blast furnace, when the angle from the vertical axis of the armor plate c is 0, the fall distance d is such that the fall trajectory of the raw material flow discharged from the large bell hopper a reaches the furnace periphery sufficiently. In this experiment, d = 3.65 m as a standard value.
また、図中fに示すように装置下部に配置された4本の支管ごとに独立したガス流量調整が可能である。実高炉において、半径方向の数カ所で測定されたガス組成、温度より推定した炉頂半径方向のガス流速分布を模擬し、炉中心のガス流速を周辺部よりも大きくなるように設定した。具体的には、中心からの距離が半径に対して12.5%となる位置におけるガス流速が5.3m/sであり、同様の計算で37.5%となる位置が2.1m/s、62.5%となる位置が0.74m/s、および87.5%となる位置が0.34m/sであった。 In addition, as shown by f in the figure, independent gas flow rate adjustment is possible for each of the four branch pipes arranged at the lower part of the apparatus. In the actual blast furnace, the gas flow velocity distribution in the furnace top radius direction estimated from the gas composition and temperature measured at several locations in the radial direction was simulated, and the gas flow velocity at the furnace center was set to be larger than the peripheral portion. Specifically, the gas flow velocity at a position where the distance from the center is 12.5% of the radius is 5.3 m / s, and the position where the gas flow velocity is 37.5% by the same calculation is 2.1 m / s. , 62.5% was 0.74 m / s, and 87.5% was 0.34 m / s.
なお、以上の実験条件は、通常の高炉操業の典型例であり、通常の高炉操業範囲内であれば実験結果に影響を及ぼさない。
使用原料として実高炉使用品を用い、装置下部からは高圧ブロアにより実高炉相当量のガス流速分布を与えると、炉内に装入される原料は、実炉と同等の装入エネルギーで落下し、実高炉相当の上昇ガスによる圧力損失を受けながら堆積するため、本実験装置によって実高炉内状況を精緻に再現した高炉原料の堆積挙動を観察することができる。
Note that the above experimental conditions are typical examples of normal blast furnace operation, and do not affect the experimental results within the normal blast furnace operation range.
If the actual blast furnace is used as the raw material and the gas flow velocity distribution equivalent to the actual blast furnace is given from the lower part of the equipment by the high-pressure blower, the raw material charged into the furnace falls with the same charging energy as the actual furnace. Since the deposition is performed while receiving a pressure loss due to the rising gas equivalent to the actual blast furnace, it is possible to observe the deposition behavior of the blast furnace raw material, which precisely reproduces the situation in the actual blast furnace with this experimental apparatus.
また、装入後は、堆積後の原料を半径方向全域にわたって採取することで、混合層の形成状態、例えば混合率について測定することが可能である。この「混合率」とは、落下点近傍の塊鉱石のうちコークス層への混合した割合を示すもの(単位:%)であって、(落下点近傍のコークス層内に混入した塊鉱石量)/(装入ベルトコンベア先頭の塊鉱石量)×100により算出される。なお、「コークス層に混入している塊鉱石」とは、塊鉱石が装入される前のコークス層の表面レベルよりも下側に存在する、すなわちコークス層に浸透した塊鉱石をいう。 Further, after the charging, it is possible to measure the formation state of the mixed layer, for example, the mixing ratio, by collecting the raw material after deposition over the entire radial direction. This “mixing ratio” indicates the ratio of the ore mixed near the drop point to the coke layer (unit:%), (the amount of block ore mixed in the coke layer near the drop point) / (Amount of ore at the top of the charging belt conveyor) × 100. In addition, “the lump ore mixed in the coke layer” refers to a lump ore that exists below the surface level of the coke layer before the lump ore is charged, that is, penetrates the coke layer.
2.装入実験
上記の装入装置を用いて、次のような実験を行った。
まず、実高炉条件で塊コークスを装入ベルトコンベアから大ベルホッパーを介して炉内へ装入し、装入実験装置の炉口部に斜面を有するコークス層を形成した。次に、装入ベルトコンベア上には、鉱石を配置するが、この際、装入ベルトコンベアの先頭に全鉱石に対する所定体積比率だけ塊鉱石を配置し、残りの鉱石は、残部の塊鉱石と焼結鉱とを混合して装入ベルトコンベアに配置した。この混合比率は装入実験ごとに変化したが、各実験の装入ベルトコンベア上では混合比率が一定になるように配置した。また、この装入ベルトコンベア先頭に配置する塊鉱石については、結晶水の高低に応じた被還元性による影響を比較するため、結晶水含有率(結晶水量)が3質量%の鉱石と5質量%の鉱石とを用いた。なお、これらの塊鉱石は、後述する荷重軟化実験でも同じ鉱石銘柄を用いた。
2. Insertion Experiment The following experiment was performed using the above-described charging apparatus.
First, lump coke was charged into the furnace from the charging belt conveyor via a large bell hopper under the actual blast furnace conditions, and a coke layer having a slope was formed at the furnace port of the charging test apparatus. Next, ore is placed on the charging belt conveyor. At this time, the ore is placed at a predetermined volume ratio with respect to the total ore at the top of the charging belt conveyor, and the remaining ore is composed of the remaining lump ore. The sintered ore was mixed and placed on the charging belt conveyor. This mixing ratio changed for each charging experiment, but the mixing ratio was set constant on the charging belt conveyor of each experiment. In addition, for the ore placed at the top of this charging belt conveyor, in order to compare the effect of reducibility according to the level of crystallization water, the ore with a crystallization water content (crystallization water amount) of 3 mass% and 5 mass % Ore. In addition, the same ore brand was used for these lump ores also in the load softening experiment mentioned later.
通常の高炉操業範囲を想定し、全鉱石類のうち、焼結鉱が80質量%、塊鉱石が20質量%とし、塊鉱石のうち、結晶水が5質量%以上の高結晶水塊鉱石を40質量%、すなわち全鉱石の8質量%を配合した。 Assuming the normal blast furnace operating range, 80% by mass of sintered ore and 20% by mass of lump ore out of all ores, and high crystal water mass ore with crystal water of 5% by mass or more of lump ore. 40% by mass, that is, 8% by mass of the total ore was blended.
なお、コークス層に浸透する鉱石量は実験条件によって異なるため、装入実験ごとに各原料の重量比率は変化した。実験に係る原料の重量比率の例を挙げると、コークス332kg、焼結鉱1040kg、および結晶水含有率3質量%または5質量%の塊鉱石260kgであった。 In addition, since the amount of ore that permeates the coke layer varies depending on the experimental conditions, the weight ratio of each raw material changed with each charging experiment. When the example of the weight ratio of the raw material which concerns on an experiment was given, they were 332 kg of coke, 1040 kg of sintered ores, and 260 kg of block ores with a crystal water content of 3% by mass or 5% by mass.
また、コークス層への浸透が十分に生じる粒径を考慮し、塊鉱石の平均粒径は20mm、塊コークスの平均粒径は35mmとした。ここで、この塊コークスの平均粒径は、通常高炉内で使用される塊コークスの粒径範囲(30〜80mm)の小径側に設定されている。これは次の理由による。すなわち、装入ベルトコンベアから大ベルホッパー内に装入された塊コークスは、大ベルホッパー内に堆積される過程で粒径の小さいものが下方に、粒径の大きなものが上方になるように偏析する。したがって、大ベルホッパーから高炉内に原料を装入する初期においては、塊鉱石に続いて高炉に供給される塊コークスの粒径は比較的小さなものとなっている。そこで、この高炉への原料装入初期の塊鉱石のコークス層への浸透を再現する本実験では、より現実の装入状態を再現すべく、塊コークスの平均粒径を35mmとしている。 In consideration of the particle size at which permeation into the coke layer sufficiently occurred, the average particle size of the lump ore was 20 mm, and the average particle size of the lump coke was 35 mm. Here, the average particle size of the lump coke is set on the small diameter side of the particle size range (30 to 80 mm) of the lump coke usually used in a blast furnace. This is due to the following reason. That is, the lump coke charged into the large bell hopper from the charging belt conveyor is such that the smaller particle size is in the downward direction and the larger particle size is in the upper direction in the process of being deposited in the large bell hopper. Segregate. Therefore, at the initial stage of charging the raw material from the large bell hopper into the blast furnace, the particle size of the lump coke supplied to the blast furnace after the lump ore is relatively small. Therefore, in this experiment for reproducing the infiltration of the lump ore into the coke layer at the initial stage of charging the raw material into the blast furnace, the average particle diameter of the lump coke is set to 35 mm in order to reproduce a more realistic charging state.
3.高温荷重軟化滴下実験
次に、上記の装入実験において、落下点近傍に形成された塊コークスおよび塊鉱石からなる積層構造、すなわちコークス層、鉱石層および混合層からなる構造を、それぞれの層高および粒径を約1/3スケールに縮小して高さ300mm、直径70mmの充填層を黒鉛坩堝内に再現し、高温荷重軟化滴下実験を行った。黒鉛坩堝における各層の積層状態を概念的に示す断面図である図3に示されるように、黒鉛坩堝内の最下部にはコークス層を堆積させ、その上に塊鉱石が混合されたコークス層、すなわち混合層を堆積させ、さらにその上に塊鉱石と焼結鉱とからなる鉱石層を配置した。この構造において、混合層における塊鉱石が「コークス充填層に混入した鉱石」に相当する。
3. Next, in the above charging experiment, in the above charging experiment, a laminated structure composed of lump coke and lump ore formed in the vicinity of the drop point, i.e., a structure composed of coke layer, ore layer and mixed layer, The particle size was reduced to about 1/3 scale, and a packed bed having a height of 300 mm and a diameter of 70 mm was reproduced in a graphite crucible, and a high temperature load softening dripping experiment was conducted. As shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view conceptually showing the lamination state of each layer in the graphite crucible, a coke layer in which a coke layer is deposited at the lowermost portion in the graphite crucible and a lump ore is mixed thereon, That is, a mixed layer was deposited, and an ore layer composed of massive ore and sintered ore was disposed thereon. In this structure, the lump ore in the mixed layer corresponds to “the ore mixed in the coke packed bed”.
なお、コークス、塊鉱石および焼結鉱からなる充填層構造の配置の影響を比較するため、各層の厚みを変える実験を行った場合にも、坩堝内に存在するコークス、塊鉱石および焼結鉱におけるそれぞれの総体積量は一定とした。 In addition, in order to compare the influence of the arrangement of the packed bed structure consisting of coke, lump ore and sintered ore, coke, lump ore and sintered ore existing in the crucible were also tested when the thickness of each layer was changed. The total volume in each was constant.
高温荷重軟化滴下実験は、想定される高炉条件に応じた温度、ガス組成と充填層上部から荷重パターンを与える試験であり、鉱石類の高温性状を評価する試験として知られている実験方法である。 The high temperature load softening dripping experiment is a test that gives a load pattern from the temperature, gas composition and upper part of the packed bed according to the assumed blast furnace conditions, and is an experimental method known as a test for evaluating the high temperature properties of ores. .
本実施例における実験では、図4(a)に示されるように常温から1923Kまで約6時間かけて昇温した。また、導入したガスの組成は、図4(b)に示されるようにCO、CO2およびN2の各ガスの上記の昇温時間における供給流量を変化させて、CO:24〜46体積%、CO2:0〜22体積%、N2:54体積%の範囲で設定し、この条件はいずれの実験でも一定とした。試料に加えられた荷重は、図4(c)に示されるように、30〜98kPaの範囲で変動させ、この条件もいずれの実験でも一定とした。なお、これらの温度、ガス組成および荷重の各パターンは、実際の高炉条件に基づいて設定されたものである。 In the experiment in this example, the temperature was raised from room temperature to 1923K over about 6 hours as shown in FIG. In addition, the composition of the introduced gas is obtained by changing the supply flow rate of each gas of CO, CO 2 and N 2 in the above temperature rising time as shown in FIG. , CO 2 : 0 to 22% by volume, N 2 : 54% by volume, and these conditions were constant in all experiments. As shown in FIG. 4C, the load applied to the sample was varied in the range of 30 to 98 kPa, and this condition was also constant in any experiment. These patterns of temperature, gas composition and load are set based on actual blast furnace conditions.
上記の昇温期間に混合層は軟化収縮し、ガス還元反応が完了したときの還元率を、入出力のガス流量とガス組成分析値、および実験後の各試料減量測定値に基づいた酸素、炭素のバランスよりから算出して「到達還元率」(単位:%)とした。また、実験中は、充填層の収縮による変位、および圧力損失を連続的に測定して、1273Kから1873Kにかけて、充填層高さあたりの高温通気抵抗を温度で積分した値であって、下記式(1)で表される「高温通気抵抗指数:KS」(単位:K/m1.3)を求めた。この高温通気抵抗指数は、高炉内では、融着帯の通気抵抗に相当する指数で、通常の高炉原料では300〜400×105K/m1.3程度であり、数値が高いほど通気性が悪化する。 The mixed layer softens and shrinks during the above temperature rising period, and the reduction rate when the gas reduction reaction is completed is determined based on the input / output gas flow rate and the gas composition analysis value, and oxygen based on each sample weight loss measurement value after the experiment, It was calculated from the balance of carbon and used as the “attained reduction rate” (unit:%). Further, during the experiment, the displacement due to the shrinkage of the packed bed and the pressure loss were continuously measured, and the high temperature ventilation resistance per packed bed height was integrated from 1273K to 1873K with the following equation. The “high temperature ventilation resistance index: KS” (unit: K / m 1.3 ) represented by (1) was determined. This high temperature ventilation resistance index is an index corresponding to the ventilation resistance of the cohesive zone in the blast furnace, and is about 300 to 400 × 10 5 K / m 1.3 for a normal blast furnace raw material. Gets worse.
μg:ガス粘度(kg/m/sec)
ΔL:層厚(m)
ρg:ガス密度(kg/m3)
ug:ガス速度(m/s)
T :温度(K) である。
mu g: gas viscosity (kg / m / sec)
ΔL: Layer thickness (m)
ρ g : Gas density (kg / m 3 )
u g : Gas velocity (m / s)
T: Temperature (K).
4.結果
上記の装入実験および高温荷重軟化滴下実験の条件およびそれらの結果を表1に示した。
4). Results Table 1 shows the conditions of the above charging experiment and the high temperature load softening dripping experiment, and the results thereof.
ここで、混合層の安定性についての判定及び評価1における判定および評価基準は次のとおりである。
安定(○):装入実験において同条件での実験回数が4回以上であって、その場合における混合率のばらつき((最大値−最小値)/平均値)が10%未満
不安定(×):装入実験において同条件での実験回数が4回以上であって、その場合における混合率のばらつきが10%以上
判定不能(−):装入実験において同条件での実験回数が4回以上であって、混合層が形成できない場合がある
Here, the determination on the stability of the mixed layer and the determination and evaluation criteria in
Stable (O): In the charging experiment, the number of experiments under the same conditions was 4 times or more, and the variation ((maximum value−minimum value) / average value) in that case was less than 10% unstable (× ): The number of experiments under the same conditions in the charging experiment is 4 times or more, and the variation in the mixing ratio in that case is 10% or more Undecidable (-): The number of experiments under the same conditions in the charging experiment is 4 times In some cases, a mixed layer cannot be formed.
到達還元率についての評価2における評価基準は次のとおりである。
○(良好):到達還元率が同条件での全ての実験において80%以上
△(可):到達還元率が60%以上80%未満となる場合がある
×(不可):到達還元率が同条件での全ての実験において60%未満
The evaluation criteria in the
○ (good): 80% or more in all experiments under the same conditions Δ (possible): the ultimate reduction rate may be 60% or more and less than 80% × (not possible): the same ultimate reduction rate <60% in all experiments with conditions
高温通気抵抗指数についての評価3における評価基準は次のとおりである。
○(良好):高温通気抵抗指数が同条件での全ての実験において400×105K/m1.3未満
△(可):高温通気抵抗指数が400×105K/m1.3以上500×105K/m1.3未満
×(不可):高温通気抵抗指数が同条件での全ての実験において500×105K/m1.3以上
The evaluation criteria in
○ (Good): High temperature ventilation resistance index is less than 400 × 10 5 K / m 1.3 in all experiments under the same conditions. Δ (Yes): High temperature ventilation resistance index is 400 × 10 5 K / m 1.3 or more. Less than 500 × 10 5 K / m 1.3 × (impossible): 500 × 10 5 K / m 1.3 or more in all experiments under the same conditions for high-temperature ventilation resistance
総合評価における評価基準は次のとおりである。
○(良好):評価1,2,3のいずれもが○(良好)である
△(可):評価1,2,3のいずれもが○(良好)または△(可)である
×(不可):評価1,2,3のいずれかが×(不可)または−(判定不能)である
The evaluation criteria for comprehensive evaluation are as follows.
○ (good):
従来例1は、塊鉱石の装入ベルトコンベア上の位置を規定しないため、落下点近傍のコークス層に混合する塊鉱石について、塊鉱石の混合率は、塊鉱石が装入ベルトコンベア上に配置される位置によって異なる。このため、到達還元率および高温通気抵抗指数はいずれも大きく変動し、これらを共に良好とすることができなかった。 Since Conventional Example 1 does not define the position of the lump ore on the charging belt conveyor, the lump ore is mixed on the charging belt conveyor for the lump ore mixed in the coke layer near the drop point. It depends on the position where it is done. For this reason, both the ultimate reduction rate and the high temperature ventilation resistance index fluctuated greatly, and it was not possible to improve them.
また、従来例2では、予め混合されたコークスおよび塊鉱石は、大ベルホッパー内の大ベル上で塊コークスと塊鉱石との分離が生じやすいため、炉内落下後の混合層の形成が安定せず、混合状態には変動があったが、最もうまく混合された場合を再現した高温荷重軟化滴下実験によると、到達還元率は高く、高温通気抵抗指数も低位で良好となる場合もあった。塊コークスと塊鉱石との混合層の効果は認められるものの、安定な混合層の造り込み方法が重要であることがわかる。 Moreover, in the conventional example 2, since the coke and lump ore mixed in advance are easily separated from lump coke and lump ore on the large bell in the large bell hopper, the formation of the mixed layer after dropping in the furnace is stable. However, according to the high temperature load softening dripping experiment that reproduced the best mixing, the ultimate reduction rate was high and the high temperature ventilation resistance index was sometimes low and good. . Although the effect of the mixed layer of massive coke and massive ore is recognized, it can be seen that the method of building a stable mixed layer is important.
比較例および実施例はいずれも装入ベルトコンベアの先頭に所定量の塊鉱石を配置する方法であった。この先頭に配置された塊鉱石(先頭塊鉱石)の配置量が装入された全鉱石の5質量%以下の場合(実施例1〜4)には、ほぼ全量落下点においてコークス層内に混合されたが、先頭塊鉱石の配置量が7質量%に増加された場合(比較例1,2)には、先頭に配置した塊鉱石の約6割程度がコークス層内に混入するものの、混合率は55〜60%程度であり、残りの4割強は、コークス層と鉱石層の間に単味で存在していた。 In both the comparative example and the example, a predetermined amount of lump ore was placed at the top of the charging belt conveyor. When the arrangement amount of the lump ore arranged at the top (head lump ore) is 5% by mass or less of the total ore charged (Examples 1 to 4), almost the entire amount is mixed in the coke layer at the dropping point. However, when the arrangement amount of the head ore is increased to 7% by mass (Comparative Examples 1 and 2), about 60% of the ore placed at the beginning is mixed in the coke layer. The rate was about 55 to 60%, and the remaining 40% was present between the coke layer and the ore layer.
上記の落下点近傍の堆積状況を黒鉛坩堝内に再現した反応実験によると、先頭塊鉱石を結晶水量が3質量%の塊鉱石とした場合には、到達還元率がいずれも通常の高炉融着帯レベルで必要な85%を超えることができなかったが、先頭塊鉱石を結晶水量が5質量%の塊鉱石とした場合には、いずれの混合率でも、90%を超えた。図1に示されるように焼結鉱相当の被還元性を有する4質量%以上の結晶水を含有することで、通常の高炉で必要な85%以上の到達還元率を維持できたものと考えられる。 According to a reaction experiment in which the deposition situation near the drop point was reproduced in a graphite crucible, when the leading ore was a lump ore with a crystal water content of 3% by mass, the ultimate reduction rate was all normal blast furnace fusion. Although the required 85% could not be exceeded at the belt level, when the leading ore was a massive ore with a crystal water amount of 5% by mass, it exceeded 90% at any mixing rate. As shown in Fig. 1, it is considered that the ultimate reduction rate of 85% or more required in a normal blast furnace could be maintained by containing 4% by mass or more of crystal water having reducibility equivalent to that of sintered ore. It is done.
実施例3,4に示されるように、コークス中に塊鉱石がほとんど混合している場合には、高温通気抵抗指数は、205〜210×105K/m1.3と低いが、比較例4に示すようにコークスとの混合の他、塊鉱石単味層が存在している場合には、980×105K/m1.3と非常に高く、通気性に支障をきたすことが明らかになった。これは、塊鉱石単味充填層部分が比較的低温の773K程度以上から軟化収縮するため、通気抵抗が低温から上昇し、融着後も圧損が著しく上昇したためと考えられる。したがって、実施例1,2のように、塊鉱石がコークス充填層内に混合している場合には、荷重を受けたときでも、コークスによる骨材効果により、軟化収縮抵抗が大きくなり、充填層の空隙が維持され、通気抵抗の低下効果が発現したと考えられる。 As shown in Examples 3 and 4, the high temperature aeration resistance index is as low as 205 to 210 × 10 5 K / m 1.3 when coke is almost mixed with massive ore, but it is a comparative example. As shown in Fig. 4, when there is a simple layer of ore ore in addition to mixing with coke, it is very high at 980 x 10 5 K / m 1.3 , which clearly affects air permeability. Became. This is probably because the lump ore simple packed layer portion softens and shrinks from a relatively low temperature of about 773 K or more, and thus the airflow resistance increases from a low temperature and the pressure loss significantly increases after fusion. Therefore, as in Examples 1 and 2, when the ore is mixed in the coke packed bed, the softening shrinkage resistance increases due to the aggregate effect of the coke even when subjected to a load, and the packed bed It is considered that the air gap was maintained and the effect of reducing the airflow resistance was exhibited.
a−大ベルホッパー
b−大ベル
c−アーマープレート
d−ストックレベル
e−原料
f−送風ブロア
a-Large bell hopper
b-large bell
c-Armor plate
d-Stock level
e-raw material
f-blower blower
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