JP2020147824A - Reactor for simulating blast furnace cohesive zone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉内の融着帯を模擬するための反応装置に関する。 The present invention relates to a reactor for simulating a cohesive zone in a blast furnace.
高炉操業では、鉄源としての焼結鉱、ペレット、塊鉱石など（以下、「鉱石」と称する）と、還元材及び燃料としてのコークスが炉頂部から交互に装入されることにより、鉱石層及びコークス層が交互に形成される。また、炉下部の羽口からガスが供給されることにより、鉱石層及びコークス層は、炉下部に向かって徐々に降下しながら、炉下部から上昇するガスにより加熱されて昇温される。 In blast furnace operation, sintered ore as an iron source, pellets, lump ore, etc. (hereinafter referred to as "ore") and coke as a reducing material and fuel are alternately charged from the top of the furnace to form an ore layer. And coke layers are formed alternately. Further, by supplying gas from the tuyere of the lower part of the furnace, the ore layer and the coke layer are gradually lowered toward the lower part of the furnace and heated by the gas rising from the lower part of the furnace to raise the temperature.
高炉内で加熱、還元されながら降下する鉱石層は、炉下部に到達すると軟化、溶融を開始し、鉱石融着層を形成する。高炉内において、鉱石融着層が存在する領域を融着帯と称する。融着帯から滴下した溶銑は、炉底に貯留される。鉱石融着層では、鉱石間の空隙が減少するためにガスの通気性が悪く、ガスは、２つの鉱石融着層の間に位置するコークス層を通過して炉頂に向かって上昇する。したがって、融着帯の形状は、高炉の通気性に極めて大きな影響を与え、鉱石の高温性状は、融着帯の形状を決定する重要な要因のひとつとなる。 The ore layer that descends while being heated and reduced in the blast furnace begins to soften and melt when it reaches the lower part of the furnace, forming an ore fusion layer. In the blast furnace, the region where the ore fusion layer exists is called the fusion zone. The hot metal dropped from the cohesive zone is stored in the bottom of the furnace. In the ore fusion layer, the air permeability of the gas is poor due to the reduction of voids between the ores, and the gas passes through the coke layer located between the two ore fusion layers and rises toward the furnace top. Therefore, the shape of the cohesive zone has an extremely large effect on the air permeability of the blast furnace, and the high temperature property of the ore is one of the important factors that determine the shape of the cohesive zone.
従来、鉱石の高温性状は、非特許文献１に記載されている荷重軟化試験によって評価されていた。また、特許文献１に記載の高温性状評価試験装置では、鉱石層の通気悪化に伴い、通気性が良好なコークス層にガスが分配される現象を考慮し、鉱石層にガスが流れる主経路と、鉱石層をバイパスしてガスが流れるバイパス経路とを設けるとともに、バイパス経路に通気抵抗調整装置を設けている。 Conventionally, the high temperature property of ore has been evaluated by the load softening test described in Non-Patent Document 1. Further, in the high temperature property evaluation test apparatus described in Patent Document 1, in consideration of the phenomenon that gas is distributed to the coke layer having good air permeability due to the deterioration of air permeability of the ore layer, it is used as the main route for gas to flow in the ore layer. , A bypass path for gas to flow by bypassing the ore layer is provided, and a ventilation resistance adjusting device is provided for the bypass path.
特許文献２には、高炉融着帯を模擬することができる反応装置が記載されている。この反応装置では、試料加熱炉及び気体加熱炉を並列に配置し、気体加熱炉で加熱された気体を試料充填容器内の試料充填層に対して横方向から水平に流通させている。 Patent Document 2 describes a reactor capable of simulating a blast furnace fusion zone. In this reactor, a sample heating furnace and a gas heating furnace are arranged in parallel, and the gas heated by the gas heating furnace is circulated horizontally with respect to the sample filling layer in the sample filling container.
非特許文献１に記載の荷重軟化試験では、鉱石の軟化融着状態にかかわらず、一定流量の還元ガスを強制的に鉱石層へ流通させている。上述したように、高炉の融着帯では、鉱石融着層に流れるガスの量が減少したり、コークス層に流れるガスの量が増加したりするが、上述した荷重軟化試験では、このようなガスの流れを模擬することができない。 In the load softening test described in Non-Patent Document 1, a constant flow rate of reducing gas is forcibly circulated to the ore layer regardless of the softened and fused state of the ore. As described above, in the blast furnace cohesive zone, the amount of gas flowing in the ore cohesive layer decreases and the amount of gas flowing in the coke layer increases, but in the above-mentioned load softening test, such The gas flow cannot be simulated.
特許文献１に記載の高温性状評価試験装置では、主経路及びバイパス経路が独立しているため、主経路に対応した鉱石層が、バイパス経路に対応したコークス層に与える影響を考慮することができない。具体的には、鉱石層が軟化融着すると、コークス層の一部を閉塞してコークス層でのガスの通気性を悪化させることになるが、特許文献１に記載の高温性状評価試験装置では、このような現象を模擬することができない。 In the high temperature property evaluation test apparatus described in Patent Document 1, since the main path and the bypass path are independent, the influence of the ore layer corresponding to the main path on the coke layer corresponding to the bypass path cannot be considered. .. Specifically, when the ore layer is softened and fused, a part of the coke layer is blocked and the air permeability of the gas in the coke layer is deteriorated. However, in the high temperature property evaluation test apparatus described in Patent Document 1, , Such a phenomenon cannot be simulated.
特許文献２に記載の反応装置では、ガス流れの方向が常に水平方向になるが、高炉内では、ガスが水平方向だけではなく、鉛直上方にも流れる。具体的には、塊状帯においては鉛直上方にガスが流れ、鉱石融着層の形成に伴いコークス層への水平方向のガス流れに遷移する。特許文献２に記載の反応装置では、このガスの流れを模擬することができない。 In the reactor described in Patent Document 2, the direction of gas flow is always horizontal, but in the blast furnace, gas flows not only in the horizontal direction but also vertically upward. Specifically, in the massive zone, gas flows vertically upward and transitions to a horizontal gas flow to the coke layer with the formation of the ore fusion layer. The reactor described in Patent Document 2 cannot simulate this gas flow.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高炉融着帯を模擬するための反応装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a reaction device for simulating a blast furnace fusion zone.
本発明は、高炉融着帯を模擬するための反応装置であって、この反応装置は、容器と、複数の押し棒と、加熱炉とを有する。容器には、鉱石及びコークスを含む充填物が充填可能であり、容器の底面部には、所定組成のガスを容器内に取り込むとともに、鉱石の溶融によって生成された滴下物を容器外に排出させる開口部が設けられている。複数の押し棒は、容器内の充填物の上面に沿って所定方向に並べられており、容器内の充填物に対して上方から荷重をそれぞれ与える。加熱炉は、容器内の充填物のうち、複数の押し棒から荷重を受ける複数の領域をそれぞれ加熱する複数のヒータを備える。これにより、複数の押し棒が並ぶ方向を高炉の半径方向とみなすことにより、高炉の半径方向における温度分布を模擬することができる。 The present invention is a reaction device for simulating a blast furnace fusion zone, and this reaction device has a container, a plurality of push rods, and a heating furnace. The container can be filled with a filling material containing ore and coke, and a gas having a predetermined composition is taken into the container and the droppings generated by melting the ore are discharged to the outside of the container at the bottom surface of the container. An opening is provided. The plurality of push rods are arranged in a predetermined direction along the upper surface of the filling material in the container, and a load is applied to the filling material in the container from above. The heating furnace includes a plurality of heaters for heating a plurality of regions of the filling in the container, each of which receives a load from a plurality of push rods. As a result, the temperature distribution in the radial direction of the blast furnace can be simulated by regarding the direction in which the plurality of push rods are lined up as the radial direction of the blast furnace.
複数の押し棒には、充填物に第１荷重を与える押し棒と、充填物に第１荷重とは異なる第２荷重を与える押し棒とを含めることができる。これにより、複数の押し棒が並ぶ方向を高炉の半径方向とみなすことにより、高炉の半径方向における荷重分布を模擬することができる。 The plurality of push rods can include a push rod that applies a first load to the filling and a push rod that applies a second load different from the first load to the filling. As a result, the load distribution in the radial direction of the blast furnace can be simulated by regarding the direction in which the plurality of push rods are lined up as the radial direction of the blast furnace.
容器を直方体で形成することができる。容器を直方体で形成することにより、複数の押し棒の並ぶ方向における容器の長さ寸法を大きく取ることができ、高炉の半径方向における装入物分布、温度分布及び荷重分布を模擬しやすくできる。 The container can be formed in a rectangular parallelepiped. By forming the container in a rectangular parallelepiped, the length dimension of the container in the direction in which a plurality of push rods are lined up can be made large, and the charge distribution, temperature distribution, and load distribution in the radial direction of the blast furnace can be easily simulated.
押し棒の数は４つ以上とすることができる。少なくとも４つの押し棒を用いることにより、鉱石の４つの状態（塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態）を模擬することができる。 The number of push rods can be four or more. By using at least four push rods, it is possible to simulate the four states of the ore (lumpy state, softened state, melted state, and dropped state).
充填物としての鉱石及びコークスは、実炉に装入される際の装入物分布を模擬して充填することができる。 The ore and coke as fillings can be filled by simulating the distribution of the charges when they are charged into the actual furnace.
具体的には、充填物としての鉱石の粒度分布は、実炉に装入される鉱石の粒度分布と等しくすることができる。また、充填物としてのコークスの粒度分布は、実炉に装入されるコークスの粒度分布と等しくすることができる。また、充填物としての鉱石層の層厚は、実炉に装入される鉱石層の層厚と等しくすることができ、充填物としてのコークス層の層厚は、実炉に装入されるコークス層の層厚と等しくすることができる。また、鉱石とコークスの装入量の比であるＯ／Ｃについても、実炉と等しくすることができる。これにより、容器に充填される鉱石及びコークスの層を、実炉で装入される鉱石及びコークスの層に近い状態とすることができる。 Specifically, the particle size distribution of the ore as a filling can be equal to the particle size distribution of the ore charged into the actual furnace. Further, the particle size distribution of coke as a filling can be equal to the particle size distribution of coke charged into the actual furnace. Further, the layer thickness of the ore layer as a filling can be equal to the layer thickness of the ore layer charged into the actual furnace, and the layer thickness of the coke layer as a filling is charged into the actual furnace. It can be equal to the layer thickness of the coke layer. In addition, the O / C, which is the ratio of the amount of ore charged and the amount of coke charged, can be made equal to that of the actual furnace. As a result, the layer of ore and coke filled in the container can be brought into a state close to the layer of ore and coke charged in the actual furnace.
容器内の充填物を加熱する加熱炉とは別に、開口部から容器内に取り込まれるガスを加熱する加熱炉を設けることができる。この加熱炉は、ガスが通過する球体充填層を加熱することにより、ガスを加熱することができる。球体充填層は、容器に対してガスの流路の上流側に配置されており、セラミックス製の球体が充填されている。 In addition to the heating furnace that heats the filling in the container, a heating furnace that heats the gas taken into the container through the opening can be provided. This heating furnace can heat the gas by heating the spherical packing layer through which the gas passes. The sphere-filled layer is arranged on the upstream side of the gas flow path with respect to the container, and is filled with ceramic spheres.
複数の押し棒の変位量をそれぞれ測定する複数の変位計を設けることができる。変位計の測定結果に基づいて、押し棒から荷重を受ける領域の収縮率を求めることができる。押し棒には、容器内の所定情報を取得するセンサ又はサンプリング管を容器内に挿入するための挿入孔を設けることができる。所定情報としては、例えば、温度、圧力、ガスの組成が含まれる。 A plurality of displacement meters that measure the displacement amounts of the plurality of push rods can be provided. Based on the measurement result of the displacement meter, the contraction rate of the region receiving the load from the push rod can be obtained. The push rod may be provided with an insertion hole for inserting a sensor or a sampling tube for acquiring predetermined information in the container into the container. The predetermined information includes, for example, temperature, pressure, and gas composition.
本発明によれば、複数のヒータによって、複数の押し棒から荷重を受ける複数の領域をそれぞれ加熱しているため、複数の領域の温度を互いに異ならせることができ、高炉融着帯における炉内径方向での温度分布を模擬することができる。この温度分布によって、高炉融着帯付近における鉱石の複数の状態（具体的には、塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態）を模擬することができ、実炉により近いガスの流れを模擬することができる。ここで、複数の押し棒は複数の領域にそれぞれ荷重を与えているため、各領域における鉱石の状態に応じて押し棒を変位させることができ、鉱石の状態に応じた充填物の充填構造を再現することができる。 According to the present invention, since the plurality of regions that receive the load from the plurality of push rods are heated by the plurality of heaters, the temperatures of the plurality of regions can be made different from each other, and the inner diameter of the furnace in the blast furnace fusion zone can be changed. The temperature distribution in the direction can be simulated. With this temperature distribution, it is possible to simulate multiple states of ore (specifically, massive state, softened state, molten state, dropping state) near the blast furnace fusion zone, and simulate the gas flow closer to the actual furnace. can do. Here, since the plurality of push rods apply loads to the plurality of regions, the push rods can be displaced according to the state of the ore in each region, and the filling structure of the filling according to the state of the ore can be formed. It can be reproduced.
本実施形態の反応装置は、融着帯及び、融着帯の周囲に存在する塊状帯において、高炉の半径方向（反応装置において、後述する複数の押し棒が並ぶ方向）における温度分布を模擬するものである。また、本実施形態の反応装置は、融着帯及び、融着帯の周囲に存在する塊状帯において、高炉の半径方向（反応装置において、後述する複数の押し棒が並ぶ方向）における荷重分布を模擬するものである。上述した温度分布や荷重分布を模擬することによって、鉱石層が塊状帯から融着帯に変化するまでの現象を模擬することができる。 The reactor of the present embodiment simulates the temperature distribution in the radial direction of the blast furnace (in the reactor, the direction in which a plurality of push rods described later are lined up) in the cohesive zone and the massive zone existing around the cohesive zone. It is a thing. Further, the reactor of the present embodiment has a load distribution in the radial direction of the blast furnace (in the reaction apparatus, the direction in which a plurality of push rods described later are lined up) in the fusion zone and the massive zone existing around the fusion zone. It is a simulation. By simulating the temperature distribution and load distribution described above, it is possible to simulate the phenomenon from the change of the ore layer from the massive zone to the fusion zone.
反応装置の構造について、図１を用いて説明する。反応装置１は、鉱石及びコークスが充填される容器（例えば、黒鉛坩堝）２０を有する。容器２０には、図２に示すように、鉱石が充填された鉱石層ＳＯと、コークスが充填されたコークス層Ｃとが交互に形成される。容器２０内の充填物の最上層と最下層にはコークス層Ｃが形成されている。充填物の上面（すなわち、最上層の上面）は、後述する押し棒２２ａ〜２２ｄの下端面に沿い、充填物の下面（すなわち、最下層の下面）は容器２０の底面部２０ａに沿う。 The structure of the reactor will be described with reference to FIG. The reactor 1 has a container (eg, a graphite crucible) 20 filled with ore and coke. As shown in FIG. 2, the container 20 is alternately formed with an ore layer SO filled with ore and a coke layer C filled with coke. A coke layer C is formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the filling material in the container 20. The upper surface of the filling (that is, the upper surface of the uppermost layer) is along the lower end surfaces of the push rods 22a to 22d described later, and the lower surface of the filling (that is, the lower surface of the lowermost layer) is along the lower surface portion 20a of the container 20.
鉱石及びコークスは、実炉に装入される際の装入物分布を模擬して容器２０に充填することができる。以下、この一例について説明する。 The ore and coke can be filled in the container 20 by simulating the distribution of the charged material when it is charged into the actual furnace. An example of this will be described below.
容器２０に充填される鉱石の粒度分布は、実炉に装入される鉱石の粒度分布と等しくすることが好ましい。また、容器２０に充填されるコークスの粒度分布は、実炉に装入されるコークスの粒度分布と等しくすることが好ましい。容器２０の容積の制約から、簡易的には、鉱石及びコークスの粒径をそれぞれ実炉で使用される粒径の１／３から１／２程度としてもよい。コークス層Ｃの厚さ（図２の上下方向の長さ）は、高炉内で形成されるコークス層Ｃの厚さと等しいことが好ましく、鉱石層ＳＯの厚さ（図２の上下方向の長さ）は、高炉内で形成される鉱石層ＳＯの厚さと等しいことが好ましい。また、容器２０に充填される鉱石及びコークスの装入量の比であるＯ／Ｃについても、実炉でのＯ／Ｃと等しくすることができる。これにより、容器２０内の鉱石層ＳＯ及びコークス層Ｃを実炉での鉱石層及びコークス層に近い状態とすることができる。ここで、実炉とは、反応装置１において試験されている、すなわち容器２０に充填されている鉱石及びコークスを、操業に用いることを検討している対象の高炉である。 The particle size distribution of the ore filled in the container 20 is preferably equal to the particle size distribution of the ore charged into the actual furnace. Further, it is preferable that the particle size distribution of the coke filled in the container 20 is equal to the particle size distribution of the coke charged in the actual furnace. Due to the limitation of the volume of the container 20, the particle size of the ore and coke may be about 1/3 to 1/2 of the particle size used in the actual furnace, respectively. The thickness of the coke layer C (length in the vertical direction in FIG. 2) is preferably equal to the thickness of the coke layer C formed in the blast furnace, and the thickness of the ore layer SO (length in the vertical direction in FIG. 2). ) Is preferably equal to the thickness of the ore layer SO formed in the blast furnace. Further, the O / C, which is the ratio of the amount of ore and coke charged in the container 20, can be made equal to the O / C in the actual furnace. As a result, the ore layer SO and the coke layer C in the container 20 can be brought into a state close to the ore layer and the coke layer in the actual furnace. Here, the actual furnace is a blast furnace to be tested in the reactor 1, that is, the ore and coke filled in the container 20 are being considered for use in the operation.
なお、容器２０には、鉱石として含炭塊成鉱などが充填されてもよく、コークスとしてフェロコークスなどが充填されてもよい。また、鉱石層ＳＯ及びコークス層Ｃは、それぞれ鉱石以外の原料及びコークス以外の原料を含んでもよい。例えば、鉱石層ＳＯにコークスや副原料を混合してもよい。 The container 20 may be filled with a coal-containing lump ore as an ore, or may be filled with ferro-coke or the like as coke. Further, the ore layer SO and the coke layer C may contain a raw material other than the ore and a raw material other than the coke, respectively. For example, coke or an auxiliary material may be mixed with the ore layer SO.
なおまた、容器２０内の充填物の最上層と最下層に形成されるのは、コークス層Ｃでなく鉱石層ＳＯであってもよい。 Further, it may be the ore layer SO instead of the coke layer C that is formed in the uppermost layer and the lowermost layer of the filling material in the container 20.
図２において、容器２０の底面部２０ａには複数の開口部２１が設けられている。開口部２１は、後述する還元ガスを容器２０の内部に取り込んだり、鉱石の溶融によって生成した滴下物を容器２０の外部に排出したりするために用いられる。 In FIG. 2, a plurality of openings 21 are provided in the bottom surface portion 20a of the container 20. The opening 21 is used for taking in the reducing gas described later into the container 20 and discharging the droppings generated by melting the ore to the outside of the container 20.
本実施形態では、容器２０は、直方体に形成されており、非特許文献１に記載された荷重軟化試験で用いられる円筒形の坩堝とは異なる。容器２０が直方体であることにより、後述する押し棒２２ａ〜２２ｄの並ぶ方向の容器の寸法を大きく取ることができ、この方向において、充填物の充填構造や、温度分布、荷重分布などを変化させやすくなる。好ましくは、充填物の充填構造や、温度分布、荷重分布などを変化させたい方向（高炉の半径方向を模擬する方向、すなわち後述する押し棒２２ａ〜２２ｄの並ぶ方向）の寸法を十分に設けるとよく、この寸法は例えば４００〜８００ｍｍとすることができる。また、本実施形態では、後述するように、同一形状の４つの押し棒２２ａ〜２２ｄを鉛直方向（図２の上下方向）に移動させるようにしているが、このような押し棒２２ａ〜２２ｄの移動を行わせるためには、容器２０を直方体に形成したほうが好ましい。 In the present embodiment, the container 20 is formed in a rectangular parallelepiped, which is different from the cylindrical crucible used in the load softening test described in Non-Patent Document 1. Since the container 20 is a rectangular parallelepiped, the size of the container in the direction in which the push rods 22a to 22d, which will be described later, are lined up can be made large, and in this direction, the filling structure, temperature distribution, load distribution, etc. of the filling can be changed. It will be easier. Preferably, the packing structure of the filling, the temperature distribution, the load distribution, and the like are sufficiently provided with dimensions in the direction in which the desired change is desired (the direction simulating the radial direction of the blast furnace, that is, the direction in which the push rods 22a to 22d described later are arranged). Often, this dimension can be, for example, 400-800 mm. Further, in the present embodiment, as described later, four push rods 22a to 22d having the same shape are moved in the vertical direction (vertical direction in FIG. 2). In order to allow the movement, it is preferable to form the container 20 in a rectangular parallelepiped shape.
図２の左右方向は、高炉の半径方向を模擬する方向である。図２の左右方向における容器２０（内部空間）のサイズは、後述するように、４つの領域Ａ１〜Ａ４を形成できるサイズとなっている。一方、図２の紙面と直交する方向における容器２０（内部空間）のサイズは、特に限定するものではないが、このサイズが小さすぎると、図２の紙面と直交する方向で対向する容器２０の壁面近傍へのガス流量が多くなる、所謂壁効果の影響が相対的に大きくなり好ましくない。この点を考慮して、図２の紙面と直交する方向における容器２０のサイズを決めることが好ましい。 The left-right direction in FIG. 2 is a direction simulating the radial direction of the blast furnace. The size of the container 20 (internal space) in the left-right direction of FIG. 2 is a size capable of forming four regions A1 to A4, as will be described later. On the other hand, the size of the container 20 (internal space) in the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 2 is not particularly limited, but if this size is too small, the container 20 facing in the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 2 The effect of the so-called wall effect, in which the gas flow rate near the wall surface increases, is relatively large, which is not preferable. In consideration of this point, it is preferable to determine the size of the container 20 in the direction orthogonal to the paper surface of FIG.
図１に示すように、容器２０の下部には、言い換えれば、容器２０に対して還元ガスの流路の上流側には、ガイド管１０が接続されている。ガイド管１０の上部は容器２０に接続され、ガイド管１０の下部はアルミナ球充填層１１に接続されている。ガイド管１０は、アルミナ球充填層１１を通過した還元ガスを容器２０に供給する。容器２０及びアルミナ球充填層１１に対するガイド管１０の配置は特に限定されず、例えば、ガイド管１０はアルミナ球充填層１１の周囲を覆うように構成されていてもよい。 As shown in FIG. 1, a guide pipe 10 is connected to the lower part of the container 20, in other words, to the upstream side of the flow path of the reducing gas with respect to the container 20. The upper part of the guide tube 10 is connected to the container 20, and the lower part of the guide tube 10 is connected to the alumina sphere packing layer 11. The guide tube 10 supplies the reducing gas that has passed through the alumina sphere packing layer 11 to the container 20. The arrangement of the guide tube 10 with respect to the container 20 and the alumina sphere packing layer 11 is not particularly limited, and for example, the guide tube 10 may be configured to cover the periphery of the alumina sphere packing layer 11.
アルミナ球充填層１１は、容器２０に対して還元ガスの流路の上流側に配置されており、アルミナ球充填層１１には、複数のアルミナ球が充填されている。アルミナ球充填層１１には、還元ガス供給装置３０から還元ガスが供給される。還元ガスは、炉内ガスを模擬した組成とすることができ、例えば、Ｎ２ガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス及びＨ２ガスが含まれる。還元ガスをアルミナ球充填層１１に通過させることにより、還元ガスの温度を安定化することができる。なお、本実施形態では、アルミナ球を用いているが、他の材料（セラミックス）で形成された球体を用いることもできる。下部加熱炉１２は、アルミナ球充填層１１の周囲に配置されており、アルミナ球充填層１１（言い換えれば、アルミナ球充填層１１を通過する還元ガス）を所定の温度まで加熱する。 The alumina sphere packing layer 11 is arranged on the upstream side of the flow path of the reducing gas with respect to the container 20, and the alumina sphere packing layer 11 is filled with a plurality of alumina spheres. The reducing gas is supplied to the alumina sphere packing layer 11 from the reducing gas supply device 30. The reduction gas can have a composition simulating the gas in the furnace, and includes, for example, N 2 gas, CO gas, CO 2 gas, and H 2 gas. By passing the reducing gas through the alumina sphere packing layer 11, the temperature of the reducing gas can be stabilized. Although alumina spheres are used in this embodiment, spheres made of another material (ceramics) can also be used. The lower heating furnace 12 is arranged around the alumina sphere packing layer 11, and heats the alumina sphere packing layer 11 (in other words, the reducing gas passing through the alumina sphere packing layer 11) to a predetermined temperature.
容器２０の周囲には、上部加熱炉１３が配置されており、上部加熱炉１３は、容器２０の内部において、図２の左右方向（高炉の半径方向を模擬する方向）での温度分布を発生させる。この温度分布は、高炉の半径方向における温度分布、言い換えれば、例えば高炉の炉中心から炉壁までの温度分布に相当する。上部加熱炉１３は、図３に示す複数のヒータ１３ａ〜１３ｄを有しており、これらのヒータ１３ａ〜１３ｄは、図３に示すように配置されている。図３は、図１に示すＡ―Ａ断面（言い換えれば、水平断面）に相当する模式図である。 An upper heating furnace 13 is arranged around the container 20, and the upper heating furnace 13 generates a temperature distribution in the left-right direction (direction simulating the radial direction of the blast furnace) in FIG. 2 inside the container 20. Let me. This temperature distribution corresponds to the temperature distribution in the radial direction of the blast furnace, in other words, the temperature distribution from the center of the blast furnace to the furnace wall. The upper heating furnace 13 has a plurality of heaters 13a to 13d shown in FIG. 3, and these heaters 13a to 13d are arranged as shown in FIG. FIG. 3 is a schematic view corresponding to the AA cross section (in other words, the horizontal cross section) shown in FIG.
本実施形態では、図３に示すように、容器２０の内部を、高炉の半径方向を模擬する方向（図３の左右方向）において４つの領域Ａ１〜Ａ４に分けている。図４に示すように、高炉内の融着帯と、融着帯の周囲に存在する塊状帯とを含む領域において、鉱石層ＳＯには４つの状態（塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態）が発生する。これらの４つの状態をそれぞれ模擬するために、本実施形態では、容器２０の内部を４つの領域Ａ１〜Ａ４に分けている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the inside of the container 20 is divided into four regions A1 to A4 in a direction simulating the radial direction of the blast furnace (horizontal direction in FIG. 3). As shown in FIG. 4, in the region including the fusion zone in the blast furnace and the massive zone existing around the fusion zone, the ore layer SO has four states (lump state, softened state, molten state, and dropping state). State) occurs. In order to simulate each of these four states, in the present embodiment, the inside of the container 20 is divided into four regions A1 to A4.
上部加熱炉１３は、４つの領域Ａ１〜Ａ４の温度が互いに異なるように各領域Ａ１〜Ａ４を加熱する。４つの領域Ａ１〜Ａ４が並ぶ方向（図３の左右方向）は、高炉の半径方向に相当しており、４つの領域Ａ１〜Ａ４のうち、第１領域Ａ１は高炉の炉中心に最も近い領域に相当し、第４領域Ａ４は高炉の炉壁に最も近い領域に相当する。なお、本実施形態では、水平面内（図３の紙面内）における各領域Ａ１〜Ａ４の面積を互いに等しくしているが、領域Ａ１〜Ａ４のうちの少なくとも２つの領域の面積を互いに異ならせることもできる。 The upper heating furnace 13 heats each of the regions A1 to A4 so that the temperatures of the four regions A1 to A4 are different from each other. The direction in which the four regions A1 to A4 are lined up (the left-right direction in FIG. 3) corresponds to the radial direction of the blast furnace, and of the four regions A1 to A4, the first region A1 is the region closest to the furnace center of the blast furnace. The fourth region A4 corresponds to the region closest to the furnace wall of the blast furnace. In the present embodiment, the areas of the regions A1 to A4 in the horizontal plane (in the paper surface of FIG. 3) are equal to each other, but the areas of at least two regions of the regions A1 to A4 are different from each other. You can also.
３つの第１ヒータ１３ａは、水平面内において、第１領域Ａ１の周囲に配置されており、第１ヒータ１３ａの設定温度はＴ（Ａ１）である。２つの第２ヒータ１３ｂは、４つの領域Ａ１〜Ａ４が並ぶ方向と直交する方向において、第２領域Ａ２を挟む位置に配置されており、第２ヒータ１３ｂの設定温度はＴ（Ａ２）である。２つの第３ヒータ１３ｃは、４つの領域Ａ１〜Ａ４が並ぶ方向と直交する方向において、第３領域Ａ３を挟む位置に配置されており、第３ヒータ１３ｃの設定温度はＴ（Ａ３）である。３つの第４ヒータ１３ｄは、水平面内において、第４領域Ａ４の周囲に配置されており、第４ヒータ１３ｄの設定温度はＴ（Ａ４）である。 The three first heaters 13a are arranged around the first region A1 in the horizontal plane, and the set temperature of the first heater 13a is T (A1). The two second heaters 13b are arranged at positions sandwiching the second region A2 in a direction orthogonal to the direction in which the four regions A1 to A4 are arranged, and the set temperature of the second heater 13b is T (A2). .. The two third heaters 13c are arranged at positions sandwiching the third region A3 in a direction orthogonal to the direction in which the four regions A1 to A4 are arranged, and the set temperature of the third heater 13c is T (A3). .. The three fourth heaters 13d are arranged around the fourth region A4 in the horizontal plane, and the set temperature of the fourth heater 13d is T (A4).
高炉内では、炉中心から炉壁に向かって温度が低くなりやすいため、温度Ｔ（Ａ１），Ｔ（Ａ２），Ｔ（Ａ３），Ｔ（Ａ４）の順に低くなるように、ヒータ１３ａ〜１３ｄが駆動される。高炉内の温度分布を模擬するためには、例えば、温度Ｔ（Ａ１）を１６００℃とし、温度Ｔ（Ａ４）を１１００℃とすることができる。 In the blast furnace, the temperature tends to decrease from the center of the furnace toward the furnace wall, so the heaters 13a to 13d decrease in the order of temperature T (A1), T (A2), T (A3), T (A4). Is driven. In order to simulate the temperature distribution in the blast furnace, for example, the temperature T (A1) can be set to 1600 ° C. and the temperature T (A4) can be set to 1100 ° C.
なお、本実施形態では、４つの領域Ａ１〜Ａ４に対して、図３に示すようにヒータ１３ａ〜１３ｄを配置し、それぞれ設定温度に駆動しているが、これに限るものではない。すなわち、各領域Ａ１〜Ａ４の温度を所望の温度とすることができればよく、ヒータ１３ａ〜１３ｄを配置する位置やヒータ１３ａ〜１３ｄの設定温度は適宜決めることができる。例えば、Ｗ型の融着帯が形成されている場合には、炉中間部に比べ、炉壁近傍の温度が高いケースもある。このとき、実炉の半径方向の温度分布を模擬できるよう温度Ｔ（Ａ１）〜温度Ｔ（Ａ４）を適宜設定することができる。 In the present embodiment, heaters 13a to 13d are arranged in the four regions A1 to A4 as shown in FIG. 3 and are driven to the set temperature, but the present invention is not limited to this. That is, it suffices if the temperature of each region A1 to A4 can be set to a desired temperature, and the position where the heaters 13a to 13d are arranged and the set temperature of the heaters 13a to 13d can be appropriately determined. For example, when a W-shaped fusion zone is formed, the temperature near the furnace wall may be higher than that in the middle part of the furnace. At this time, the temperatures T (A1) to T (A4) can be appropriately set so that the temperature distribution in the radial direction of the actual furnace can be simulated.
また、下部加熱炉１２を、上部加熱炉１３と同様に、複数のヒータによって構成することができる。この場合には、図３に示すヒータ１３ａ〜１３ｄの配置と同様に、下部加熱炉１２を構成する複数のヒータを配置することができる。これらのヒータを用いることにより、アルミナ球充填層１１に対して、言い換えれば、アルミナ球充填層１１に供給される還元ガスに対して、温度分布を発生させることができる。この温度分布は、上部加熱炉１３によって発生させる温度分布と等しくすることができる。 Further, the lower heating furnace 12 can be configured by a plurality of heaters in the same manner as the upper heating furnace 13. In this case, a plurality of heaters constituting the lower heating furnace 12 can be arranged in the same manner as the arrangement of the heaters 13a to 13d shown in FIG. By using these heaters, a temperature distribution can be generated with respect to the alumina sphere packing layer 11, in other words, with respect to the reducing gas supplied to the alumina sphere packing layer 11. This temperature distribution can be made equal to the temperature distribution generated by the upper heating furnace 13.
図１及び図２に示すように、容器２０内の充填物の上面には、４つの押し棒２２ａ〜２２ｄが配置されており、４つの押し棒２２ａ〜２２ｄは、図２の左右方向（高炉の半径方向を模擬する方向）に並べられている。押し棒２２ａ〜２２ｄは、領域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ対応して設けられている。具体的には、押し棒２２ａは第１領域Ａ１に対して設けられ、押し棒２２ｂは第２領域Ａ２に対して設けられ、押し棒２２ｃは第３領域Ａ３に対して設けられ、押し棒２２ｄは第４領域Ａ４に対して設けられている。荷重機２４は、押し棒２２ａ〜２２ｄのそれぞれを駆動する。 As shown in FIGS. 1 and 2, four push rods 22a to 22d are arranged on the upper surface of the filling material in the container 20, and the four push rods 22a to 22d are in the left-right direction (blast furnace) of FIG. It is arranged in the direction that simulates the radial direction of. The push rods 22a to 22d are provided corresponding to the regions A1 to A4, respectively. Specifically, the push rod 22a is provided for the first region A1, the push rod 22b is provided for the second region A2, the push rod 22c is provided for the third region A3, and the push rod 22d Is provided for the fourth region A4. The load machine 24 drives each of the push rods 22a to 22d.
押し棒２２ａ〜２２ｄは、互いに独立して容器２０の上下方向に移動することができる。図１から分かるように、上部加熱炉１３（ヒータ１３ａ〜１３ｄ）は、容器２０の周囲だけでなく、容器２０の上部及び押し棒２２ａ〜２２ｄの周囲にも配置されており、容器２０の上部及び押し棒２２ａ〜２２ｄも加熱することができる。上部加熱炉１３によって押し棒２２ａ〜２２ｄを加熱することにより、押し棒２２ａ〜２２ｄを介して、容器２０に充填された鉱石層ＳＯやコークス層Ｃの温度が低下することを抑制できる。なお、本実施形態では、上部加熱炉１３（ヒータ１３ａ〜１３ｄ）を用いて、容器２０及び押し棒２２ａ〜２２ｄを加熱しているが、これに限るものではない。例えば、容器２０を加熱するための加熱炉と、押し棒２２ａ〜２２ｄを加熱するための加熱炉とを別々に設けることもできる。 The push rods 22a to 22d can move in the vertical direction of the container 20 independently of each other. As can be seen from FIG. 1, the upper heating furnaces 13 (heaters 13a to 13d) are arranged not only around the container 20 but also around the upper part of the container 20 and the push rods 22a to 22d, and the upper part of the container 20. And the push rods 22a-22d can also be heated. By heating the push rods 22a to 22d by the upper heating furnace 13, it is possible to suppress a decrease in the temperature of the ore layer SO and the coke layer C filled in the container 20 via the push rods 22a to 22d. In the present embodiment, the upper heating furnace 13 (heaters 13a to 13d) is used to heat the container 20 and the push rods 22a to 22d, but the present invention is not limited to this. For example, a heating furnace for heating the container 20 and a heating furnace for heating the push rods 22a to 22d may be provided separately.
押し棒２２ａは、第１領域Ａ１内のコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに所定の荷重を与えるために用いられる。押し棒２２ｂは、第２領域Ａ２内のコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに所定の荷重を与えるために用いられる。押し棒２２ｃは、第３領域Ａ３内のコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに所定の荷重を与えるために用いられる。押し棒２２ｄは、第４領域Ａ４内のコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに所定の荷重を与えるために用いられる。 The push rod 22a is used to apply a predetermined load to the coke layer C and the ore layer SO in the first region A1. The push rod 22b is used to apply a predetermined load to the coke layer C and the ore layer SO in the second region A2. The push rod 22c is used to apply a predetermined load to the coke layer C and the ore layer SO in the third region A3. The push rod 22d is used to apply a predetermined load to the coke layer C and the ore layer SO in the fourth region A4.
押し棒２２ａ〜２２ｄによってコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに与える荷重は、互いに等しくすることができる。また、押し棒２２ａ〜２２ｄのうち、少なくとも２つの押し棒によってコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに与える荷重を互いに異ならせることもできる。すなわち、複数の押し棒２２ａ〜２２ｄには、充填物に第１荷重を与える押し棒と、充填物に第１荷重とは異なる第２荷重を与える押し棒とを含めることができる。
具体的な荷重は、実炉内におけるコークス層及び鉱石層の充填状態を考慮して、適宜決めることができる。
The loads applied to the coke layer C and the ore layer SO by the push rods 22a to 22d can be equal to each other. Further, the loads applied to the coke layer C and the ore layer SO by at least two of the push rods 22a to 22d can be made different from each other. That is, the plurality of push rods 22a to 22d can include a push rod that applies a first load to the filling material and a push rod that applies a second load different from the first load to the filling material.
The specific load can be appropriately determined in consideration of the filling state of the coke layer and the ore layer in the actual furnace.
押し棒２２ａ〜２２ｄによってコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに与える荷重を互いに異ならせる場合としては、例えば、高炉に対するコークス及び鉱石の装入物分布などを考慮して荷重を設定することができる。ここで、第４領域Ａ４は、高炉の炉壁に最も近い領域となるが、この領域では、炉壁によって装入物（コークスや鉱石）が支えられやすくなるため、他の領域Ａ１〜Ａ３よりも荷重を低くすることができる。また、第１領域Ａ１は、高炉の炉中心に相当する領域となるが、この領域では、鉱石量及びコークス量の比（Ｏ／Ｃ）に関して、他の領域よりもコークス量が多く装入されることがある。コークスの密度は鉱石の密度よりも低いため、第１領域Ａ１での荷重を他の領域Ａ２，Ａ３での荷重よりも低くすることができる。 When the loads applied to the coke layer C and the ore layer SO by the push rods 22a to 22d are different from each other, for example, the load can be set in consideration of the distribution of coke and ore charges to the blast furnace. Here, the fourth region A4 is the region closest to the furnace wall of the blast furnace, but in this region, the charge (coke and ore) is easily supported by the furnace wall, so that the regions A1 to A3 are higher than the other regions A1 to A3. Can also reduce the load. Further, the first region A1 is a region corresponding to the center of the blast furnace, and in this region, a larger amount of coke is charged than in other regions in terms of the ratio (O / C) of the amount of ore and the amount of coke. There are times. Since the density of coke is lower than the density of ore, the load in the first region A1 can be made lower than the load in the other regions A2 and A3.
図１に示すように、本実施形態では、押し棒２２ａ〜２２ｄのそれぞれに、変位計２３が設けられている。各変位計２３は、各押し棒２２ａ〜２２ｄの変位量を検出し、この検出結果に基づいて、容器２０の内部における鉱石層ＳＯの収縮率を算出することができる。収縮率とは、鉱石層ＳＯの層厚の変化率であり、鉱石層ＳＯの収縮による層厚の減少量の、加熱前（塊状状態）の鉱石層ＳＯの層厚に対する比として算出される。鉱石層ＳＯについて、各領域Ａ１〜Ａ４の収縮率を算出することにより、鉱石層ＳＯの軟化溶融状態を把握することができる。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a displacement meter 23 is provided for each of the push rods 22a to 22d. Each displacement meter 23 detects the amount of displacement of each push rod 22a to 22d, and can calculate the shrinkage rate of the ore layer SO inside the container 20 based on the detection result. The shrinkage rate is the rate of change in the layer thickness of the ore layer SO, and is calculated as the ratio of the amount of decrease in the layer thickness due to the shrinkage of the ore layer SO to the layer thickness of the ore layer SO before heating (lumpy state). By calculating the shrinkage ratio of each region A1 to A4 for the ore layer SO, the softened and melted state of the ore layer SO can be grasped.
押し棒２２ｄは、好ましくは、図２に示すように温度センサ（熱電対等）２５を容器２０の外部から容器２０の内部まで挿入するための挿入孔２２ｄ１を有する。温度センサ２５を容器２０の内部まで挿入することにより、コークス層Ｃや鉱石層ＳＯの温度を測定することができる。温度センサ２５の挿入深さを変更することにより、コークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯの積層方向における任意の位置の温度を測定することができる。図２では、押し棒２２ｄに挿入孔２２ｄ１が設けられているが、他の押し棒２２ａ〜２２ｃにも、温度センサ２５を挿入するための挿入孔を設けることができる。これにより、各領域Ａ１〜Ａ４におけるコークス層Ｃや鉱石層ＳＯの温度を測定することができる。 The push rod 22d preferably has an insertion hole 22d1 for inserting the temperature sensor (thermoelectric pair or the like) 25 from the outside of the container 20 to the inside of the container 20 as shown in FIG. By inserting the temperature sensor 25 into the container 20, the temperature of the coke layer C and the ore layer SO can be measured. By changing the insertion depth of the temperature sensor 25, the temperature at an arbitrary position in the stacking direction of the coke layer C and the ore layer SO can be measured. In FIG. 2, the push rod 22d is provided with an insertion hole 22d1, but the other push rods 22a to 22c can also be provided with an insertion hole for inserting the temperature sensor 25. As a result, the temperatures of the coke layer C and the ore layer SO in each of the regions A1 to A4 can be measured.
押し棒２２ｃは、好ましくは、図２に示すように、サンプリング管２６を容器２０の外部から容器２０の内部まで挿入するための挿入孔２２ｃ１を有する。サンプリング管２６を容器２０の内部まで挿入することにより、サンプリング管２６を介してコークス層Ｃや鉱石層ＳＯの圧力を測定したり、サンプリング管２６を介してコークス層Ｃや鉱石層ＳＯのガスを収集して、このガスの組成を測定したりすることができる。サンプリング管２６の挿入深さを変更することにより、コークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯの積層方向における任意の位置において、圧力やガス組成を測定することができる。図２では、押し棒２２ｃに挿入孔２２ｃ１が設けられているが、他の押し棒２２ａ，２２ｂ，２２ｄにも、サンプリング管２６を挿入するための挿入孔を設けることができる。これにより、各領域Ａ１〜Ａ４における圧力やガス組成を測定することができる。 The push rod 22c preferably has an insertion hole 22c1 for inserting the sampling tube 26 from the outside of the container 20 to the inside of the container 20, as shown in FIG. By inserting the sampling tube 26 into the container 20, the pressure of the coke layer C and the ore layer SO can be measured through the sampling tube 26, and the gas of the coke layer C and the ore layer SO can be measured through the sampling tube 26. It can be collected and the composition of this gas can be measured. By changing the insertion depth of the sampling tube 26, the pressure and the gas composition can be measured at arbitrary positions in the stacking direction of the coke layer C and the ore layer SO. In FIG. 2, the push rod 22c is provided with an insertion hole 22c1, but the other push rods 22a, 22b, and 22d can also be provided with an insertion hole for inserting the sampling tube 26. As a result, the pressure and gas composition in each region A1 to A4 can be measured.
上述したように、各領域Ａ１〜Ａ４の温度、圧力、ガス組成を測定することにより、実炉の融着帯を含む部分において、コークス層Ｓ中や鉱石層ＳＯ中のガスの流れ、鉱石の還元反応及びコークスのガス化反応の挙動を推定することができる。具体的には、各領域Ａ１〜Ａ４の圧力を測定することにより、ガスの流れを間接的に把握することができる。また、各領域Ａ１〜Ａ４のガス組成を測定することにより、還元反応やガス化反応の挙動を把握することができる。 As described above, by measuring the temperature, pressure, and gas composition of each region A1 to A4, the gas flow in the coke layer S and the ore layer SO, and the ore in the portion including the cohesive zone of the actual furnace. The behavior of the reduction reaction and the gasification reaction of coke can be estimated. Specifically, the gas flow can be indirectly grasped by measuring the pressure in each region A1 to A4. Further, by measuring the gas composition of each region A1 to A4, the behavior of the reduction reaction and the gasification reaction can be grasped.
反応装置１を使用するときには、押し棒２２ａ〜２２ｄによって、容器２０に充填されたコークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯに所定の荷重を与えた状態において、上部加熱炉１３によって容器２０を加熱するとともに、下部加熱炉１２によって加熱された還元ガスを容器２０に供給する。これにより、容器２０に充填された鉱石を軟化溶融させることができる。 When the reactor 1 is used, the container 20 is heated by the upper heating furnace 13 in a state where a predetermined load is applied to the coke layer C and the ore layer SO filled in the container 20 by the push rods 22a to 22d, and the container 20 is heated. The reducing gas heated by the lower heating furnace 12 is supplied to the container 20. As a result, the ore filled in the container 20 can be softened and melted.
本実施形態では、上述したように、容器２０の内部において温度分布を発生させているため、領域Ａ１〜Ａ４のそれぞれにおいて、鉱石の状態が異なる。図５に示すように、第１領域Ａ１では、鉱石が滴下状態にあり、コークス層Ｃだけが存在している。鉱石は、溶鉄及び溶融スラグとしてコークス層Ｃを滴下し、容器２０の底面部２０ａの開口部２１から排出される。第２領域Ａ２では鉱石が溶融状態にあり、第３領域Ａ３では鉱石が軟化状態にあり、第４領域Ａ４では鉱石が塊状状態にある。 In the present embodiment, as described above, since the temperature distribution is generated inside the container 20, the state of the ore is different in each of the regions A1 to A4. As shown in FIG. 5, in the first region A1, the ore is in a dropping state, and only the coke layer C is present. The ore drops the coke layer C as molten iron and molten slag, and is discharged from the opening 21 of the bottom surface portion 20a of the container 20. In the second region A2, the ore is in a molten state, in the third region A3, the ore is in a softened state, and in the fourth region A4, the ore is in a massive state.
鉱石が塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態の順に変化することにより、鉱石層ＳＯの厚みが段階的に減少する。ここで、押し棒２２ａ〜２２ｄは、領域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ独立して荷重を与えているため、鉱石層ＳＯの厚みの変化に追従することができ、鉱石の状態に応じて押し棒２２ａ〜２２ｄの高さ方向位置が変化する。このように、押し棒２２ａ〜２２ｄを鉱石層ＳＯの厚みの変化に追従させることにより、鉱石の状態に応じた充填構造を再現することができる。 The thickness of the ore layer SO gradually decreases as the ore changes in the order of a massive state, a softened state, a molten state, and a dropping state. Here, since the push rods 22a to 22d independently apply loads to the regions A1 to A4, they can follow the change in the thickness of the ore layer SO, and the push rods 22a to 22d can follow the change in the thickness of the ore layer SO. The height direction position of 22d changes. In this way, by making the push rods 22a to 22d follow the change in the thickness of the ore layer SO, the filling structure according to the state of the ore can be reproduced.
第４領域Ａ４（塊状状態）において、還元ガスは、コークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯにおいて、ほぼ鉛直上方（図５の上方向）に流れる。一方、鉱石が軟化・溶融すると、鉱石融着層における還元ガスの通気性が低下するため、第３領域Ａ３（軟化状態）や第２領域Ａ２（溶融状態）では、還元ガスがコークス層Ｃに偏流して、還元ガスの流れの方向は鉛直上方から水平方向に徐々に変化する。第１領域Ａ１では、コークス層Ｃだけが固体として存在しているため、還元ガスは、鉛直方向及び水平方向に連通した隙間を有するコークス層を伝って上昇する。これにより、高炉内において、塊状状態、軟化状態、溶融状態及び滴下状態を含む鉱石層における還元ガスの流れを模擬することができる。 In the fourth region A4 (massive state), the reducing gas flows substantially vertically upward (upward in FIG. 5) in the coke layer C and the ore layer SO. On the other hand, when the ore is softened and melted, the air permeability of the reducing gas in the ore fusion layer decreases. Therefore, in the third region A3 (softened state) and the second region A2 (melted state), the reduced gas is transferred to the coke layer C. Due to the drift, the direction of the flow of the reducing gas gradually changes from vertically above to horizontally. In the first region A1, only the coke layer C exists as a solid, so that the reducing gas rises along the coke layer having gaps communicating in the vertical direction and the horizontal direction. Thereby, in the blast furnace, the flow of the reducing gas in the ore layer including the massive state, the softened state, the molten state and the dropping state can be simulated.
本実施形態によれば、少なくとも上部加熱炉１３（ヒータ１３ａ〜１３ｄ）によって各領域Ａ１〜Ａ４の温度を独立して設定することができるため、実炉の炉内の半径方向における温度分布を模擬することができ、炉内の半径方向の位置に応じて変化する鉱石層ＳＯの４つの状態（塊状状態、軟化状態、溶融状態及び滴下状態）を模擬することができる。また、領域Ａ１〜Ａ４毎に設けられた押し棒２２ａ〜２２ｄを用いることにより、実炉の炉内の半径方向における荷重分布を模擬することができる。 According to this embodiment, since the temperature of each region A1 to A4 can be set independently by at least the upper heating furnace 13 (heaters 13a to 13d), the temperature distribution in the radial direction in the actual furnace is simulated. It is possible to simulate the four states (massive state, softened state, molten state and dropping state) of the ore layer SO that changes according to the position in the furnace in the radial direction. Further, by using the push rods 22a to 22d provided for each of the regions A1 to A4, the load distribution in the radial direction in the actual furnace can be simulated.
容器２０の内部において、４つの領域Ａ１〜Ａ４を設定することにより、炉内における鉱石の４つの状態（塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態）を模擬することができる。ただし、容器２０の内部に設定される領域の数は、４つに限るものではなく、５つ以上とすることができる。この領域の数を増やすほど、炉内の半径方向における温度分布や荷重分布をより詳細に模擬することができる。容器２０の内部に５つ以上の領域を設定した場合において、少なくとも２つの領域は、鉱石の４つの状態のうちの１つの状態を示す領域として特定することができる。また、容器２０の内部に設定される領域の数は、２つ又は３つとしてもよい。例えば、容器２０の内部に３つの領域が設定されるとき、鉱石の４つの状態のうちの状態変化の前後関係にあるいずれか２つの状態（例えば、軟化状態と溶融状態）は、ある１つの領域によって簡易的に模擬される。 By setting the four regions A1 to A4 inside the container 20, it is possible to simulate the four states (lumpy state, softened state, molten state, and dropping state) of the ore in the furnace. However, the number of regions set inside the container 20 is not limited to four, but may be five or more. As the number of these regions is increased, the temperature distribution and load distribution in the radial direction in the furnace can be simulated in more detail. When five or more regions are set inside the container 20, at least two regions can be specified as regions indicating one of the four states of the ore. Further, the number of regions set inside the container 20 may be two or three. For example, when three regions are set inside the container 20, any two states (for example, softened state and melted state) that are in a context of the state change of the four states of the ore are one. It is simply simulated by the area.
以上説明した反応装置を用いて、炉内の融着帯付近における充填状態を模擬できているかを確認した。 Using the reactor described above, it was confirmed whether the filling state near the cohesive zone in the furnace could be simulated.
図２に示すように、容器２０の内部に焼結鉱（粒径１０〜１５［ｍｍ］）及びコークス（粒径１５〜２０［ｍｍ］）を充填して、コークス層Ｃ及び鉱石層ＳＯを交互に形成した。コークス層Ｃの厚さを８０［ｍｍ］とし、鉱石層ＳＯの厚さを１２０［ｍｍ］とした。また、容器２０の上面部に配置されるコークス層Ｃの厚さを２０［ｍｍ］とした。押し棒２２ａ〜２２ｄによって与える荷重は、互いに等しい値（９８［ｋＰａ］）とした。 As shown in FIG. 2, the inside of the container 20 is filled with sinter (particle size 10 to 15 [mm]) and coke (particle size 15 to 20 [mm]) to form coke layer C and ore layer SO. Formed alternately. The thickness of the coke layer C was 80 [mm], and the thickness of the ore layer SO was 120 [mm]. Further, the thickness of the coke layer C arranged on the upper surface of the container 20 was set to 20 [mm]. The loads applied by the push rods 22a to 22d were set to equal values (98 [kPa]).
図６には、上部加熱炉１３における昇温パターンを示す。図６において、横軸は時間［ｍｉｎ］であり、縦軸は上部加熱炉１３（各ヒータ１３ａ〜１３ｄ）の温度［℃］である。具体的には、図６は、上部加熱炉１３のうち、４つの領域Ａ１〜Ａ４のそれぞれに対応するヒータ１３ａ〜１３ｄの昇温パターンを示す。各ヒータ１３ａ〜１３ｄの昇温速度としては、常温から５００［℃］までは５［℃／ｍｉｎ］とし、５００［℃］から８００［℃］までは６［℃／ｍｉｎ］とし、８００［℃］から１５００［℃］までは７［℃／ｍｉｎ］とした。 FIG. 6 shows a temperature rise pattern in the upper heating furnace 13. In FIG. 6, the horizontal axis is the time [min], and the vertical axis is the temperature [° C.] of the upper heating furnace 13 (each heater 13a to 13d). Specifically, FIG. 6 shows the temperature rise patterns of the heaters 13a to 13d corresponding to each of the four regions A1 to A4 in the upper heating furnace 13. The heating rate of each heater 13a to 13d is 5 [° C./min] from normal temperature to 500 [° C.], 6 [° C./min] from 500 [° C.] to 800 [° C.], and 800 [° C.]. ] To 1500 [° C.] was 7 [° C./min].
図７には、下部加熱炉１２における昇温パターンを示す。図７において、横軸は時間［ｍｉｎ］であり、縦軸は下部加熱炉１２（各ヒータ１２ａ〜１２ｄ）の温度［℃］である。具体的には、図７は、下部加熱炉１２のうち、４つの領域Ａ１〜Ａ４のそれぞれに対応するヒータの昇温パターンを示す。下部加熱炉１２の各ヒータの昇温速度としては、常温から５００［℃］までは５［℃／ｍｉｎ］とし、５００［℃］から８００［℃］までは６［℃／ｍｉｎ］とし、８００［℃］から１５００［℃］までは７［℃／ｍｉｎ］とした。 FIG. 7 shows a temperature rise pattern in the lower heating furnace 12. In FIG. 7, the horizontal axis is the time [min], and the vertical axis is the temperature [° C.] of the lower heating furnace 12 (each heater 12a to 12d). Specifically, FIG. 7 shows the temperature rise pattern of the heater corresponding to each of the four regions A1 to A4 in the lower heating furnace 12. The heating rate of each heater in the lower heating furnace 12 is 5 [° C./min] from room temperature to 500 [° C.], 6 [° C./min] from 500 [° C.] to 800 [° C.], and 800. The range from [° C.] to 1500 [° C.] was 7 [° C./min].
図８には、容器２０に供給される還元ガスのパターンを示す。図８において、横軸は第２領域Ａ２の温度［℃］であり、縦軸は還元ガスの流量［ＮＬ／ｍｉｎ］である。第２領域Ａ２の温度は、ヒータ１３ｂの設定温度である。還元ガス供給装置３０は、図８に示すパターンにしたがって還元ガス（Ｎ２，ＣＯ，ＣＯ２）を供給する。 FIG. 8 shows a pattern of the reducing gas supplied to the container 20. In FIG. 8, the horizontal axis is the temperature [° C.] of the second region A2, and the vertical axis is the flow rate of the reducing gas [NL / min]. The temperature of the second region A2 is the set temperature of the heater 13b. The reducing gas supply device 30 supplies the reducing gas (N 2 , CO, CO 2 ) according to the pattern shown in FIG.
図９には、容器２０の内部（各領域Ａ１〜Ａ４）に挿入された温度センサ２５（図２参照）の測定結果を示す。図９において、横軸は時間［ｍｉｎ］であり、縦軸は、温度センサ２５によって測定された温度［℃］であって、容器２０内の上部における温度である。図９から分かるように、第１領域Ａ１と第４領域Ａ４の温度差は、最大で２５０［℃］程度であった。図９に示す領域Ａ１〜Ａ４の温度分布によれば、容器２０内において温度分布が発生しており、鉱石の４つの状態（塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態）を模擬し得ることが分かる。 FIG. 9 shows the measurement results of the temperature sensor 25 (see FIG. 2) inserted inside the container 20 (each region A1 to A4). In FIG. 9, the horizontal axis is the time [min], and the vertical axis is the temperature [° C.] measured by the temperature sensor 25, which is the temperature at the upper part in the container 20. As can be seen from FIG. 9, the temperature difference between the first region A1 and the fourth region A4 was about 250 [° C.] at the maximum. According to the temperature distribution of the regions A1 to A4 shown in FIG. 9, the temperature distribution is generated in the container 20, and the four states (lumpy state, softened state, melted state, and dropping state) of the ore can be simulated. I understand.
図１０には、各領域Ａ１〜Ａ４の収縮率の変化を示す。図１０において、横軸は時間［ｍｉｎ］であり、縦軸は各領域Ａ１〜Ａ４の収縮率［％］である。各領域Ａ１〜Ａ４の収縮率は、押し棒２２ａ〜２２ｄのそれぞれに設けられた変位計２３の測定結果に基づいて算出した。本実施例では、２５０分が経過したときに、下部加熱炉１２及び上部加熱炉１３による加熱を停止した。図１０から分かるように、領域Ａ１〜Ａ４では、鉱石層ＳＯの収縮率が異なっているが、これは、領域Ａ１〜Ａ４が鉱石層の状態（塊状状態、軟化状態、溶融状態、滴下状態）をそれぞれ模擬し得ることを示す。 FIG. 10 shows changes in the shrinkage rate of each region A1 to A4. In FIG. 10, the horizontal axis is time [min], and the vertical axis is the shrinkage rate [%] of each region A1 to A4. The shrinkage ratio of each region A1 to A4 was calculated based on the measurement result of the displacement meter 23 provided in each of the push rods 22a to 22d. In this embodiment, when 250 minutes have passed, the heating by the lower heating furnace 12 and the upper heating furnace 13 is stopped. As can be seen from FIG. 10, the shrinkage rate of the ore layer SO is different in the regions A1 to A4, which means that the regions A1 to A4 are in the state of the ore layer (lumpy state, softened state, molten state, dropping state). It is shown that each can be simulated.
１：反応装置、１０：ガイド管、１１：アルミナ球充填層、１２：下部加熱炉、
１３：上部加熱炉、１３ａ〜１３ｄ：ヒータ、２０：容器、２０ａ：底面部、
２１：開口部、２２ａ〜２２ｄ：押し棒、２２ｃ１，２２ｄ１：挿入孔、２３：変位計、
２４：荷重機、２５：温度センサ、２６：サンプリング管
1: Reaction device, 10: Guide tube, 11: Alumina sphere packing layer, 12: Lower heating furnace,
13: Upper heating furnace, 13a to 13d: heater, 20: container, 20a: bottom part,
21: Opening, 22a to 22d: Push rod, 22c1,22d1: Insertion hole, 23: Displacement meter,
24: load machine, 25: temperature sensor, 26: sampling tube
Claims (12)
鉱石及びコークスを含む充填物が充填可能であり、所定組成のガスを取り込むとともに鉱石の溶融によって生成された滴下物を排出させる開口部を底面部に備えた容器と、
前記容器内の前記充填物の上面に沿って所定方向に並べられ、前記容器内の前記充填物に対して上方から荷重をそれぞれ与える複数の押し棒と、
前記容器内の前記充填物のうち、前記複数の押し棒から荷重を受ける複数の領域をそれぞれ加熱する複数のヒータを備えた加熱炉と、
を有することを特徴とする反応装置。 A reactor for simulating a blast furnace fusion zone,
A container that can be filled with a filling containing ore and coke, and has an opening on the bottom surface for taking in gas having a predetermined composition and discharging the droppings generated by melting the ore.
A plurality of push rods arranged in a predetermined direction along the upper surface of the filling material in the container and applying a load to the filling material in the container from above.
A heating furnace provided with a plurality of heaters for heating a plurality of regions of the filling in the container, each of which receives a load from the plurality of push rods.
A reactor characterized by having.
前記充填物としてのコークスは、実炉に装入されるコークスの粒度分布を有することを特徴とする請求項５に記載の反応装置。 The ore as the filling has a particle size distribution of the ore charged into the actual furnace.
The reaction apparatus according to claim 5, wherein the coke as a filling material has a particle size distribution of coke charged into an actual furnace.
前記充填物としてのコークスは、実炉に装入されるコークス層の層厚と等しい層厚で充填されることを特徴とする請求項５又は６に記載の反応装置。 The ore as the filling is filled with a layer thickness equal to the layer thickness of the ore layer charged into the actual furnace.
The reaction apparatus according to claim 5 or 6, wherein the coke as the filling is filled with a layer thickness equal to the layer thickness of the coke layer charged into the actual furnace.
前記ガスを加熱する加熱炉は、前記球体充填層を加熱することを特徴とする請求項９に記載の反応装置。 Further having a sphere-filled layer arranged on the upstream side of the gas flow path with respect to the container and filled with ceramic spheres.
The reaction apparatus according to claim 9, wherein the heating furnace for heating the gas heats the spherical packed bed.
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| CN113025769A (en) * | 2021-03-09 | 2021-06-25 | 东北大学 | Method for measuring molten drop performance of iron ore by simulating reduction conditions of blast furnace |
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