JP4093198B2 - Blast furnace operation method - Google Patents
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Description
本発明は、還元材使用量の低減を図る高炉の操業方法に関し、詳細には、微粉炭を吹き込みながら、反応性指数の高いコークスと被還元性指数の高い焼結鉱を装入し、高炉スラグ量を低減させて操業する高炉の操業方法に関する。 The present invention relates to a method of operating a blast furnace for reducing the amount of reducing material used, and more specifically, while blowing pulverized coal, charging coke having a high reactivity index and sintered ore having a high reducibility index, The present invention relates to a method of operating a blast furnace that operates with a reduced amount of slag.
高炉の反応効率を向上させ、還元材使用量を低減する技術は、銑鉄製造コストの削減のみならず、近年のCO2ガス削減問題にとっても重要な課題である。 The technology for improving the reaction efficiency of the blast furnace and reducing the amount of reducing material used is an important issue not only for the reduction of pig iron production cost but also for the recent CO 2 gas reduction problem.
高炉操業においては、炉頂部から鉄源としての焼結鉱、ペレット、塊鉱石など(以下、総称して「鉱石」とも称する)、ならびに還元材および燃料としてのコークスが交互に装入され、炉下部の羽口からは熱風が送風されるとともに、微粉炭などの補助燃料が吹き込まれる。炉頂部から装入された鉱石およびコークスは、交互に積層された鉱石層およびコークス層を形成し、高炉内の鉱石およびコークス(以下、総称して「装入物」ともいう)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加熱され、昇温される。 In blast furnace operation, sintered ore, pellets, lump ore, etc. (hereinafter collectively referred to as “ore”) as an iron source, and coke as a reducing material and fuel are alternately charged from the top of the furnace, Hot air is blown from the lower tuyere and auxiliary fuel such as pulverized coal is blown. The ore and coke charged from the top of the furnace form alternately stacked ore and coke layers, and the ore and coke in the blast furnace (hereinafter collectively referred to as “charge”) are unloaded. Therefore, while gradually descending the blast furnace toward the lower part of the blast furnace, the gas is heated by the gas rising from the lower part of the furnace and the temperature is raised.
一般に、高炉内では、炉頂部から装入された装入物の温度が500℃前後に達すると鉱石のガス還元が始まり、900〜1000℃の温度域に達するまでに鉱石はウスタイト(FeO)に還元される。装入物の温度が上昇するにつれて装入物とガスの温度差は減少し、900〜1000℃付近で、その温度差および炉高方向の温度勾配が小さくなって、鉱石のガス還元が停滞する、いわゆる「熱保存帯領域」が形成されることが知られている。その後さらに昇温が進むと、鉱石のガス還元反応(FeO+CO→Fe+CO2)およびコークスのソリューションロス反応(C+CO2→2CO)がともに活発に進行して鉱石の還元が促進され、還元鉄が生成するとともに、生成した還元鉄の溶解および浸炭が進行して銑鉄が生成される。 Generally, in the blast furnace, when the temperature of the charge charged from the top of the furnace reaches around 500 ° C., ore gas reduction starts, and the ore becomes wustite (FeO) before reaching the temperature range of 900 to 1000 ° C. Reduced. As the temperature of the charge rises, the temperature difference between the charge and the gas decreases, and in the vicinity of 900 to 1000 ° C., the temperature difference and the temperature gradient in the furnace height direction become smaller, and ore gas reduction stagnates. It is known that a so-called “thermal preservation zone region” is formed. Then, as the temperature rises further, the ore gas reduction reaction (FeO + CO → Fe + CO 2 ) and the coke solution loss reaction (C + CO 2 → 2CO) both proceed actively to promote the reduction of the ore and produce reduced iron At the same time, dissolution and carburization of the produced reduced iron proceeds and pig iron is produced.
上記の熱保存帯領域においては、鉄(Fe)−ウスタイト(FeO)共存相が、炉内を上昇するガスの酸素ポテンシャルに応じて、還元平衡(FeO+CO=Fe+CO2)に近い状態にあるため、鉱石のガス還元が停滞すると考えられている。 In the above heat conservation zone region, the coexisting phase of iron (Fe) -wustite (FeO) is in a state close to a reduction equilibrium (FeO + CO = Fe + CO 2 ) depending on the oxygen potential of the gas rising in the furnace. It is believed that the ore gas reduction is stagnant.
この還元平衡に近い状態を脱して、鉱石の還元反応を回復し促進させるため、反応性の高いコークスを使用する操業方法が知られている。すなわち、熱保存帯領域において反応性の高いコークスを使用して、ソリューションロス反応(C+CO2→2CO)を促進させ、炉内を上昇するガス中のCO濃度を高めて鉱石の還元反応を促進する方法である。 反応性の高いコークスを使用して還元反応を促進する操業方法としては、例えば、下記の特許文献1および特許文献2に開示された方法がある。
An operation method using coke having high reactivity is known in order to recover and accelerate the reduction reaction of the ore by removing the state close to the reduction equilibrium. That is, coke that is highly reactive in the heat preservation zone region is used to promote the solution loss reaction (C + CO 2 → 2CO), and the CO concentration in the gas rising in the furnace is increased to promote the ore reduction reaction. Is the method. Examples of the operation method for promoting the reduction reaction using highly reactive coke include the methods disclosed in
特許文献1には、焼結鉱を主体とする鉄源と通常冶金用コークスとJIS反応性が30%以上で平均粒径が25mm以下の高反応性コークスを装入する高炉の操業方法において、焼結鉱の被還元性に応じて高反応性コークスの使用比率、粒径、JIS反応性の少なくとも1つを調整することにより高炉内の熱保存帯温度を制御する高炉の操業方法が開示されている。また、特許文献2には、上記の特許文献1に開示された方法において、さらに鉄源として結晶水3%以上を有する塊鉄鉱石を加え、熱保存帯温度の調整因子の選択肢の1つとして、この塊鉱石の使用比率も加えた操業方法が開示されている。
In
しかしながら、コークスの反応性を上昇させると、コークスがガス化反応によってその質量を減ずるとともに、コークスの基質が脆弱化して粒子としての強度が低下し、高炉内での荷重、衝撃、摩擦などによって粉化し、高炉内における通気性の悪化や、ひいては炉況不調を惹起するおそれがある。 However, when the coke reactivity is increased, the mass of coke is reduced by the gasification reaction, the coke substrate is weakened and the strength as particles is reduced, and the powder is reduced by load, impact, friction, etc. in the blast furnace. There is a risk that the air permeability in the blast furnace will deteriorate and the furnace condition will deteriorate.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、反応性の高いコークスを使用して高炉の還元材使用量を低減する高炉の操業方法において、コークスの冷間強度を向上させることによる銑鉄製造コストの上昇を伴うことなく、高炉内でのコークスの強度劣化および粉化を抑制し、炉内通気性を確保して安定操業を可能とする高炉の操業方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem is that in the operation method of a blast furnace in which the amount of reducing material used in the blast furnace is reduced by using highly reactive coke, the cold strength of the coke is reduced. Providing a method for operating a blast furnace that suppresses coke strength deterioration and pulverization in the blast furnace, ensures air permeability in the furnace, and enables stable operation without increasing pig iron production costs There is.
本発明者らは、前記の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、高炉内における温度、ガス組成および装入物荷重条件にシミュレートさせた高温までの昇温荷重軟化試験および試験高炉を用いた試験操業により種々の検討を重ね、下記の(a)〜(c)に示す知見を得て、本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors, based on the conventional problems, have a temperature rising load softening test up to a high temperature simulated in the temperature, gas composition and charge loading conditions in the blast furnace and Various examinations were repeated by the test operation using the test blast furnace, and the knowledge shown in the following (a) to (c) was obtained to complete the present invention.
(a)コークスの反応性指数(CRI)が30%以上であれば、ソリューションロス反応の進行により還元ガス中のCO濃度が十分に上昇するので、鉱石の到達還元率は高くなるが、コークスの反応率(質量減少率)も増加することから、コークス強度が低下し、高炉内におけるコークス粉化が進行する。 (A) If the coke reactivity index (CRI) is 30% or more, the CO concentration in the reducing gas is sufficiently increased by the progress of the solution loss reaction, so that the ultimate reduction rate of the ore is increased. Since the reaction rate (mass reduction rate) also increases, the coke strength decreases and coke pulverization proceeds in the blast furnace.
(b)焼結鉱の被還元性指数(RI)が70%以上であれば、高炉内における到達還元率が高くなり、溶融滴下時におけるスラグ中のFeO濃度が低下するので、コークスとFeOとの反応によるコークスの劣化が抑制され、高炉下部におけるコークス強度は高い値に維持される。 (B) If the reducibility index (RI) of the sintered ore is 70% or more, the ultimate reduction rate in the blast furnace becomes high, and the FeO concentration in the slag at the time of melt dripping decreases, so coke and FeO The coke deterioration due to the reaction is suppressed, and the coke strength at the lower part of the blast furnace is maintained at a high value.
(c)高炉におけるスラグ量が溶銑1トン当たり270kg以下であれば、吹き込まれた微粉炭に由来する未燃焼チャーがスラグ中にトラップされる量が低下し、未燃焼チャーがガス化反応に消費されることから、その分だけコークスのガス化反応量が低減し、高炉下部におけるコークス強度の低下が抑制される。 (C) If the amount of slag in the blast furnace is 270 kg or less per ton of hot metal, the amount of unburned char derived from the injected pulverized coal is trapped in the slag, and the unburned char is consumed in the gasification reaction Therefore, the amount of coke gasification reaction is reduced by that amount, and the reduction in coke strength at the bottom of the blast furnace is suppressed.
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記に示す高炉の操業方法にある。 The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is the blast furnace operating method described below.
すなわち、「羽口から微粉炭を吹き込む高炉の操業方法において、全装入コークスのコークス反応性指数(CRI)の加重平均値を30%以上とし、かつ全装入焼結鉱の焼結鉱被還元性指数(RI)の加重平均値を70%以上とするとともに、高炉スラグ量を溶銑1トン当たり270kg以下とすることを特徴とする高炉の操業方法」である。 That is, in the operation method of the blast furnace blowing pulverized coal from the "tuyere, the weighted average value of the coke reactivity index of total charge coke (CRI) of 30% or more, and the sintered ore of ZenSoIrisho ore A blast furnace operating method characterized in that the weighted average value of the reducibility index (RI) is 70% or more and the amount of blast furnace slag is 270 kg or less per ton of hot metal.
本発明において、「全装入コークス」とは、高炉内に装入される全ての種類のコークスを意味し、例えば、反応性指数、粒度などの性状の異なるコークスを配合または分割して装入した場合は、それら全てのコークスをいう。 In the present invention, “all-charged coke” means all types of coke charged into the blast furnace. For example, coke having different properties such as reactivity index and particle size is mixed or divided and charged. If so, it refers to all those coke.
「コークス反応性指数(CRI)」とは、粒径19〜21mmのコークスを、1100℃にて、CO2ガスを5NL/分の流量で流して120分間反応させた時のコークスの質量減少率をいい、詳細は、後述するとおりである。 "Coke reactivity index (CRI)" is the mass reduction rate of coke when coke with a particle size of 19-21 mm is allowed to react for 120 minutes at 1100 ° C with CO 2 gas flowing at a flow rate of 5 NL / min. The details are as described later.
「全装入焼結鉱」とは、高炉内に装入される全ての種類の焼結鉱を意味し、例えば、被還元性指数、粒度などの性状の異なる焼結鉱を配合ないしは分割して装入した場合は、それら全ての焼結鉱をいう。 “Fully charged sinter” means all types of sinter charged in the blast furnace. For example, sinter with different properties such as reducibility index and particle size is blended or divided. Means all of those sintered ore.
「焼結鉱被還元性指数(RI)」とは、JIS M 8713に規定された焼結鉱の被還元性指数を意味し、粒径19〜21mmの焼結鉱に、900℃にて、CO:30%およびCO2:70%の混合ガスを15NL/分の流量で流して、180分間還元反応を行わせた時の最終還元率をいい、詳細は、後述するとおりである。
“Sintered ore reducibility index (RI)” means the reducibility index of sintered ore as defined in JIS M 8713, and the sintered ore having a particle diameter of 19 to 21 mm at 900 ° C. CO: 30% and
「加重平均値」とは、コークスの種類別装入量(質量または容積)による加重平均値、または焼結鉱の種類別装入量(質量または容積)による加重平均値を意味する。 The “weighted average value” means a weighted average value based on the amount of coke charged (mass or volume) or a weighted average value based on the amount of sintered ore charged (mass or volume).
本発明の方法によれば、反応性の高いコークスを使用する場合であっても、コークスの反応性、焼結鉱の被還元性および高炉のスラグ量を適正化することにより、コークスの冷間強度の改善による銑鉄製造コストの上昇を伴うことなく、高炉内でのコークスの強度劣化および粉化を抑制し、安定した炉内通気性のもとで、高炉の還元材使用量の低減を図ることができる。 According to the method of the present invention, even when highly reactive coke is used, the coke coldness can be reduced by optimizing the coke reactivity, the sinter reducibility, and the blast furnace slag amount. Reduces coke strength deterioration and pulverization in the blast furnace and reduces the amount of reducing material used in the blast furnace with stable air permeability without increasing the cost of pig iron production due to improved strength be able to.
本発明の高炉の操業方法についてさらに詳細に説明する。本発明は、羽口から微粉炭を吹き込む高炉の操業方法において、全装入コークスのコークス反応性指数(CRI)の加重平均値を30%以上とし、かつ全装入焼結鉱の焼結鉱被還元性指数(RI)の加重平均値を70%以上とするとともに、高炉スラグ量を溶銑1トン当たり270kg以下とする高炉の操業方法である。 The blast furnace operating method of the present invention will be described in more detail. The present invention, in operation method of the blast furnace blowing pulverized coal from the tuyere, the weighted average value of the coke reactivity index of total charge coke (CRI) of 30% or more, and sintered ore of ZenSoIrisho ore This is a blast furnace operating method in which the weighted average value of the reducibility index (RI) is set to 70% or more and the amount of blast furnace slag is set to 270 kg or less per ton of hot metal.
前述のとおり、コークスの反応性を上昇させると、コークスがガス化反応によって質量を減じるとともに、粒子を構成するコークス基質が脆弱となり、構造体としての粒子の強度が低下して、高炉内での荷重、衝撃、摩擦などによって粉化しやすくなる。このように、高炉内においてコークスの粉化が進行すると、炉内の通気性が悪化し、ひいては炉況不調に陥るおそれもある。 As described above, when the coke reactivity is increased, the mass of coke is reduced by the gasification reaction, the coke matrix constituting the particles becomes brittle, the strength of the particles as a structure is reduced, and in the blast furnace It becomes easy to be pulverized by load, impact and friction. As described above, when coke pulverization progresses in the blast furnace, the air permeability in the furnace deteriorates, and there is a possibility that the furnace condition may be deteriorated.
(A)コークスの反応性および焼結鉱の被還元性が炉内反応におよぼす効果
本発明者らは、コークスの反応性指数(CRI)および焼結鉱の被還元性指数(RI)を変化させたときに、高炉内においてコークスおよび焼結鉱の反応効率がどのように変化するのかを調査するため、高温荷重軟化試験を実施した。
(A) Effect of coke reactivity and sintered ore reducibility on in-furnace reaction We changed coke reactivity index (CRI) and sintered ore reducibility index (RI). In order to investigate how the reaction efficiency of coke and sinter changes in the blast furnace, a high temperature load softening test was conducted.
図1は、高炉装入物の高温荷重軟化試験装置を示す図であり、同図(a)は試験装置の縦断面図を表し、同図(b)は試料部分の縦断面の拡大図を表す。また、図2は、高炉装入物の高温荷重軟化試験条件を示す図であり、同図(a)は試料温度の時間的変化を、同図(b)は還元ガス流量の時間的変化を、そして同図(c)は荷重の時間的変化をそれぞれ表す。 FIG. 1 is a view showing a high-temperature load softening test apparatus for a blast furnace charge, wherein FIG. 1 (a) shows a longitudinal sectional view of the testing apparatus, and FIG. 1 (b) shows an enlarged view of a longitudinal section of a sample portion. To express. FIG. 2 is a diagram showing the high temperature load softening test conditions of the blast furnace charge. FIG. 2 (a) shows the temporal change of the sample temperature, and FIG. 2 (b) shows the temporal change of the reducing gas flow rate. FIG. 7C shows the change with time of the load.
底部に還元ガス流通用の貫通孔を多数設けた黒鉛坩堝2の中に高炉装入物試料3として、コークス試料31および鉱石試料32を交互に合計4層装入し、これらを竪型電気炉1中に装入後、竪型電気炉1の下部から還元ガス4を導入して、黒鉛坩堝2内の高炉装入物試料3の充填層に還元ガス4を通じながら、荷重制御装置6により試料充填層に荷重を負荷し、昇温加熱条件下にて荷重軟化および還元試験を行った。
As a blast
ここで、温度測定装置7により測定される試料充填層の温度は、竪型電気炉1の黒鉛発熱体5に供給する電力を制御することにより、また、還元ガス組成は、ガス流量制御装置10によりCOガス、CO2ガスおよびN2ガスの流量を制御することにより、そして、荷重は荷重制御装置6により、それぞれ、図2に示される条件で時間的に変化させた。また、還元ガス4が試料充填層を通過した後の排ガス組成は、排ガス分析装置12により連続的に分析し、試料充填層のガス圧力損失は、試料充填層入側および出側のガスの圧力差を圧力測定装置8により測定することにより求めた。溶融滴下物は、竪型電気炉1の下方に設けたターンテーブル9により回収し、その化学分析を行ってFeOなどのスラグ組成を求めた。
Here, the temperature of the sample packed bed measured by the temperature measuring device 7 is controlled by controlling the electric power supplied to the
まず、焼結鉱の性状を一定として、コークスの反応性指数(CRI)を変化させた場合の影響を調査した。 First, the effect of changing the reactivity index (CRI) of coke with the properties of sintered ore fixed was investigated.
図3は、焼結鉱の到達還元率におよぼすコークス反応性指数(CRI)の影響を示す図であり、図4は、コークスの反応率におよぼすコークス反応性指数(CRI)の影響を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the effect of coke reactivity index (CRI) on the ultimate reduction rate of sintered ore, and FIG. 4 is a diagram showing the effect of coke reactivity index (CRI) on the reaction rate of coke. It is.
図3の結果によれば、コークス反応性指数(CRI)を上昇させると焼結鉱の到達還元率が向上し、高炉内における焼結鉱の還元反応効率が改善される。特に、コークス反応性指数(CRI)が30%以上では、ソリューションロス反応の進行により還元ガス中のCO濃度が十分に上昇するので、焼結鉱の還元率は約88%以上の高い値に達する。 According to the results of FIG. 3, when the coke reactivity index (CRI) is increased, the ultimate reduction rate of the sintered ore is improved, and the reduction reaction efficiency of the sintered ore in the blast furnace is improved. In particular, when the coke reactivity index (CRI) is 30% or more, the CO concentration in the reducing gas is sufficiently increased by the progress of the solution loss reaction, so the reduction rate of the sintered ore reaches a high value of about 88% or more. .
しかしながら、コークスのガス化反応も同時に促進されるため、前記図4の結果に見られるとおり、コークス反応率(質量減少率)が増加することに起因して、コークスの基質が劣化し、コークス強度が低下して、コークス粒子の崩壊や粉化が発生すると予想される。ここで、コークス反応率とは、{(反応前コークス質量−反応後コークス質量)/(反応前コークス質量)}×100(%)により算出される値である。 However, since the gasification reaction of coke is promoted at the same time, as can be seen from the results of FIG. 4, the coke substrate is deteriorated due to the increase of the coke reaction rate (mass reduction rate), and the coke strength is increased. Is expected to cause the coke particles to collapse and pulverize. Here, the coke reaction rate is a value calculated by {(pre-reaction coke mass−post-reaction coke mass) / (pre-reaction coke mass)} × 100 (%).
ここで、本発明者らが対象としているコークス反応性指数(CRI)は、前記特許文献1または特許文献2にて記載されているコークスのJIS反応性とは測定方法が相違し、内容が全く異なる指数である。すなわち、コークス反応性指数(CRI)は、粒子径が19〜21mmのコークス200gに、1100℃にてCO2ガスを5NL/分の流量で流して120分間反応させた後のコークスの質量減少率を下記(1)式により算出したものである。
Here, the coke reactivity index (CRI) targeted by the present inventors is different from the JIS reactivity of coke described in
CRI={(反応前コークス質量−反応後コークス質量)/(反応前コークス質量)}×100(%) ・・・(1)
一方、コークスのJIS反応性は、JIS K 2151に規定された、いわばコークスの基質の反応性を評価する指標であり、粒径840〜1680μmのコークス約100gに950℃にて、50mLの流量のCO2ガスを流して反応させ、反応後の排ガス組成に基いて反応性を求めるものである。排ガス組成は反応開始後の20分〜60分までの間で少なくとも2回以上測定して平均値を求め、下記(2)式を用いて反応性を算出する。
CRI = {(pre-reaction coke mass−reaction coke mass) / (pre-reaction coke mass)} × 100 (%) (1)
On the other hand, the JIS reactivity of coke is an index for evaluating the reactivity of the substrate of coke as defined in JIS K 2151. It is about 100 g of coke having a particle size of 840 to 1680 μm at a flow rate of 50 mL at 950 ° C. The CO 2 gas is allowed to react and the reactivity is obtained based on the exhaust gas composition after the reaction. The exhaust gas composition is measured at least twice or more from 20 minutes to 60 minutes after the start of the reaction to obtain an average value, and the reactivity is calculated using the following equation (2).
JIS反応性={CO/(CO+CO2)}×100(%) ・・・(2)
ここで、COは反応によって生成したCOガスの濃度(%)を、CO2は未反応のCO2ガスの濃度(%)(すなわち、CO2=100−CO)をそれぞれ表す。
JIS reactivity = {CO / (CO + CO 2 )} × 100 (%) (2)
Here, CO represents the concentration (%) of CO gas generated by the reaction, and CO 2 represents the concentration (%) of unreacted CO 2 gas (that is, CO 2 = 100−CO).
上述のとおり、本発明において、使用するコークス反応性指数(CRI)は、高炉内におけるコークスの反応条件に近似させた塊コークスの反応性を示す指数であり、コークス基質の反応性を評価するJIS反応性とは基本的の相違する指数である。 As described above, in the present invention, the coke reactivity index (CRI) used is an index indicating the reactivity of the coke coke approximated to the coke reaction conditions in the blast furnace, and is a JIS for evaluating the reactivity of the coke substrate. Reactivity is a fundamentally different index.
次に、コークス試料の性状を一定として、焼結鉱被還元性指数(RI)を変化させたときのコークスの反応後強度におよぼす影響につき調査した。 Next, the effect of the coke on the post-reaction strength when the sinter reducibility index (RI) was changed was investigated with the properties of the coke sample being constant.
図5は、コークスの反応後強度におよぼす焼結鉱の被還元性指数(RI)の影響を示す図である。ここで、コークス試料としてはコークス反応性指数(CRI)が30.5%のものを用いた。同図の結果によれば、焼結鉱の被還元性指数(RI)が上昇するにともない、コークスの反応後強度(I(600、+9.5))は上昇する。これは、焼結鉱被還元性指数(RI)が向上することにより、焼結鉱の溶融滴下時における到達還元率が上昇して、滴下するスラグ中のFeO濃度が低下し、コークスと溶融FeOとの反応量が減少したために、コークスの反応による劣化が抑制されたことによるものである。また、同図の結果から、焼結鉱被還元性指数(RI)が70%以上であれば、高炉下部におけるコークス強度は高い水準に維持されることが理解される。 FIG. 5 is a diagram showing the influence of the reducibility index (RI) of sintered ore on the strength of coke after reaction. Here, a coke sample having a coke reactivity index (CRI) of 30.5% was used. According to the results shown in the figure, as the reducibility index (RI) of the sintered ore increases, the post-reaction strength (I (600, +9.5)) of the coke increases. This is because when the sinter reducibility index (RI) is improved, the ultimate reduction ratio at the time of melting and dropping of the sinter is increased, the FeO concentration in the dropping slag is lowered, and coke and molten FeO. This is because deterioration due to the reaction of coke was suppressed because the amount of reaction with was reduced. In addition, it is understood from the results in the figure that when the sinter reducibility index (RI) is 70% or more, the coke strength at the lower part of the blast furnace is maintained at a high level.
ここで、焼結鉱被還元性指数(RI)およびコークス反応後強度(I(600、+9.5))について説明する。 Here, the sintered ore reducibility index (RI) and the strength after coke reaction (I (600, +9.5)) will be described.
焼結鉱被還元性指数(RI)は、前述のとおり、JIS M 8713に規定された焼結鉱の被還元性指数を意味し、粒径19〜21mmの焼結鉱500gに、900℃にて、CO:30%およびCO2:70%の混合ガスを15NL/分の流量で流して、180分間還元反応を行わせ、還元後の試料の最終還元率および質量変化から、下記の(3)式を用いて算出するものである。
As described above, the sinter ore reducibility index (RI) means the reducibility index of the sinter specified in JIS M 8713. Te, CO: 30% and
RI={(WO−WF)/W1×(0.430A−0.112B)}×100(%)
・・・(3)
ここで、W1は測り取った試料質量(g)を、WOは還元開始直前の試料質量(g)を、WFは還元終了時の試料質量(g)を、Aは還元前試料中の全鉄分の含有率(%)を、そして、Bは還元前試料中の酸化第一鉄の含有率(%)をそれぞれ表す。
RI = {(WO-WF) / W1 * (0.430A-0.112B)} * 100 (%)
... (3)
Here, W1 is the measured sample mass (g), WO is the sample mass (g) just before the start of reduction, WF is the sample mass (g) at the end of reduction, and A is the total iron content in the sample before reduction. And B represents the content (%) of ferrous oxide in the pre-reduction sample, respectively.
また、コークスの反応後強度(I(600、+9.5))は、前記の荷重軟化試験後または後述の試験高炉内から採取した粒径15〜20mmのコークス140〜150gを直径140mm、長さ700mmの両端を閉じた円筒形の金属製のドラム(以下、「I型ドラム」とも記す)に装入し、ドラムの長手方向の中心を通り円筒中心軸と直交する軸の周りに20rpmにて30分間、すなわち合計600回転させた後のコークス試料中の粒径9.5mm以上の粒子の質量分率を百分率(%)により表示したものである。なお、コークスの反応後強度(I(600、+9.5))は、以下、「コークス反応後強度(I)」とも記す。 Further, the post-reaction strength (I (600, +9.5)) of the coke is 140 mm in diameter and 140 mm in length from 140 to 150 g of coke having a particle diameter of 15 to 20 mm collected from the load softening test or from the inside of the test blast furnace described later. A cylindrical metal drum (hereinafter also referred to as “I-type drum”) with both ends of 700 mm is charged, and passes through the center in the longitudinal direction of the drum at 20 rpm around an axis perpendicular to the cylinder central axis. The mass fraction of particles having a particle size of 9.5 mm or more in the coke sample after a total of 600 revolutions for 30 minutes is expressed as a percentage (%). The strength of the coke after reaction (I (600, +9.5)) is hereinafter also referred to as “strength after coke reaction (I)”.
反応性の高いコークスを使用する際にコークスの粉化を抑制する方法としては、特許文献3に、羽口からの微粉炭吹き込み量に応じて、コークスの反応性を変化させる操業方法が開示されている。この方法は、コークスのレースウェイにおける粉化に着目したものであり、微粉炭の吹き込み量が増加した場合にはレースウェイ内の酸素濃度が低下するため、コークス表面の劣化層が消費されずに粉化することを防止しようとするものである。すなわち、微粉炭吹き込み量が増加したときには、コークスの反応性を向上させ、コークスがレースウェイに到達する以前にコークス粒子表面の劣化層をガス化反応により消滅させて、レースウェイ内におけるコークスの粉化を抑制するという方法である。
As a method of suppressing coke pulverization when using highly reactive coke,
これに対して、非特許文献1には、上記とは異なる微粉炭吹き込み時のコークス劣化挙動が報告されている。すなわち、レースウェイ内で燃焼されずにレースウェイ領域の外部に吹き出された未燃焼チャーは、比表面積が大きく反応性が高いため、コークスが炉内を降下してレースウェイに到達するまでに、この未燃焼チャーが優先的にガス化反応に消費され、したがって、コークスの反応による劣化は生じにくいとするものである。
On the other hand,
(B)高炉スラグ量がコークス強度の低下におよぼす効果
そこで、本発明者らは、さらに、未燃焼チャーの挙動に着目し、コークスの反応による劣化を最大限に抑制する方法を検討した。つまり、コークスの反応による劣化を抑制するためには、未燃焼チャーをコークスよりも先に優先的にガス化反応により消費させる必要があり、そのためには、未燃焼チャーがガス化反応以外の要因により消滅することを防止する必要があるとの観点から研究を進め、炉下部において大量に溶融・滴下するメタルおよびスラグに着目した。
(B) Effect of Blast Furnace Slag Amount on Decrease in Coke Strength Accordingly, the present inventors further examined a method for suppressing deterioration due to coke reaction to the maximum by paying attention to the behavior of unburned char. In other words, in order to suppress deterioration due to the reaction of coke, it is necessary to consume unburned char preferentially by the gasification reaction prior to coke. To that end, unburned char is a factor other than the gasification reaction. From the viewpoint that it is necessary to prevent it from disappearing due to heat, we focused on metal and slag that melted and dropped in large quantities in the lower part of the furnace.
上述の未燃焼チャーが大量に滴下するメタルおよびスラグにトラップされ、浸炭に消費されれば、ガス化反応に消費される未燃焼チャーは減少し、したがって、炉下部におけるコークスのガス化反応を抑制し強度劣化を抑制することは困難となる。メタル量およびスラグ量を低減させることができれば、未燃焼チャーがコークスに優先してガス化反応に消費され、コークスの反応による劣化を抑制できる。メタル量は計画された銑鉄生産量により定められていることから、その量を減じることは難しいが、スラグ量は原料品質設計により調整し、低減することが可能である。 If the above-mentioned unburned char is trapped by a large amount of dripping metal and slag and consumed for carburizing, the unburned char consumed for the gasification reaction is reduced, and therefore the coke gasification reaction in the lower part of the furnace is suppressed. However, it is difficult to suppress the strength deterioration. If the amount of metal and the amount of slag can be reduced, unburned char is consumed in the gasification reaction in preference to coke, and deterioration due to the reaction of coke can be suppressed. Since the amount of metal is determined by the planned pig iron production, it is difficult to reduce the amount, but the amount of slag can be adjusted and reduced by raw material quality design.
そこで、試験高炉を用いてスラグ量を変化させた試験操業を行い、炉内におけるコークスの反応後の強度変化を調査した。 図6は、試験操業に使用した試験高炉の縦断面を模式的に示す図である。試験高炉は、炉床径(図中のb)が0.9m、羽口からストックレベルまでの高さ(図中のa)が4.5m、炉内容積が3.6m3である。炉底から0.8mの高さの位置の炉体側壁部には3本の羽口101が円周方向に120度づつ方位を違えて設置されている。炉底側壁部には出銑滓口102が1個、炉上部にはコークス装入用ホッパー103および鉱石装入用ホッパー104ならびに炉内ガス排出口105が設置されている。また、羽口レベルから300mm上方にはコークスサンプラー107が設置されており、操業中にコークスを採取して、強度などの性状を調査した。
Therefore, a test operation was carried out by changing the amount of slag using a test blast furnace, and the change in strength after reaction of coke in the furnace was investigated. FIG. 6 is a diagram schematically showing a longitudinal section of the test blast furnace used for the test operation. The test blast furnace has a hearth diameter (b in the figure) of 0.9 m, a height from the tuyere to the stock level (a in the figure) of 4.5 m, and a furnace internal volume of 3.6 m 3 . Three
図7は、試験高炉のコークスサンプラーにより炉下部から採取したコークスの強度におよぼす高炉スラグ量の影響を示す図である。同図に示される結果によれば、高炉スラグ量を低下させることにより、コークス強度指数(I)を上昇させることができる。特に、高炉におけるスラグ量が溶銑1トン当たり270kg(以下、「270kg/t−溶銑」または「270kg/t」とも記す)以下であれば、吹き込まれた微粉炭に由来する未燃焼チャーがスラグ中にトラップされる量が低下し、未燃焼チャーがガス化反応に消費されて、その分だけコークスのガス化反応量が低減し、高炉下部におけるコークス強度の低下が抑制されてコークス強度を高い値に維持することができる。 FIG. 7 is a diagram showing the influence of the amount of blast furnace slag on the strength of coke collected from the lower part of the furnace using a coke sampler of the test blast furnace. According to the results shown in the figure, the coke strength index (I) can be increased by reducing the amount of blast furnace slag. In particular, if the amount of slag in the blast furnace is 270 kg per ton of hot metal (hereinafter also referred to as “270 kg / t-hot metal” or “270 kg / t”), unburned char derived from the injected pulverized coal is contained in the slag. The amount of trapped carbon dioxide is reduced, the unburned char is consumed in the gasification reaction, the amount of coke gasification reaction is reduced, and the decrease in coke strength at the bottom of the blast furnace is suppressed, resulting in a high value of coke strength. Can be maintained.
(C)コークスおよび焼結鉱の性状ならびに高炉スラグ量の適正範囲
以下に、本発明を前記の範囲に限定した理由および好ましい範囲について説明する。
(C) Appropriate range of properties of coke and sintered ore and amount of blast furnace slag Hereinafter, the reason for limiting the present invention to the above range and a preferable range will be described.
1)全装入コークスの反応性指数(CRI)の加重平均値を30%以上とする:
前述のとおり、コークス反応性指数(CRI)が30%以上であれば、ソリューションロス反応の進行により還元ガス中のCO濃度が十分に上昇し、炉内での焼結鉱の高い還元効率が得られることから、CRIの適正範囲を30%以上とした。また、コークス反応性指数などの性状の異なるコークスを配合または分割して装入する場合は、それら全ての種類のコークスのCRIを装入量により加重平均した値を用いればよい。なお、CRIの好ましい範囲は、33%以上である。
The weighted average value of 1) total charge coke reactivity index (CRI) of 30% or more:
As described above, when the coke reactivity index (CRI) is 30% or more, the CO concentration in the reducing gas is sufficiently increased by the progress of the solution loss reaction, and high reduction efficiency of the sintered ore in the furnace is obtained. Therefore, the appropriate range of CRI is set to 30% or more. In addition, when coke having different properties such as a coke reactivity index is blended or divided and charged, a value obtained by weighted average of the CRI of all types of coke may be used. In addition, the preferable range of CRI is 33% or more.
2)全装入焼結鉱の被還元性指数(RI)の加重平均値を70%以上とする:
焼結鉱の被還元性指数(RI)が70%以上であれば、高炉内における到達還元率が高くなり、焼結鉱の滴下時におけるスラグ中のFeO濃度が低下して、コークスと溶融FeOとの反応に基くコークスの劣化が抑制され、炉下部におけるコークス強度は高い値に維持されることから、RIの適正範囲を70%以上とした。ここで、RIの値が異なる焼結鉱を配合または分割して装入する場合は、それら全ての種類の焼結鉱のRIを装入量により加重平均した値を用いる。なお、RIの好ましい範囲は、71%以上である。
2) the reducible index ZenSoIrisho ore weighted average of (RI) is less than 70%:
If the reducibility index (RI) of the sintered ore is 70% or more, the ultimate reduction rate in the blast furnace becomes high, the FeO concentration in the slag at the time of dropping of the sintered ore decreases, and coke and molten FeO The coke strength based on the reaction with the coke was suppressed, and the coke strength at the lower part of the furnace was maintained at a high value, so the appropriate range of RI was set to 70% or more. Here, when the sintered ore having different RI values are mixed or divided and charged, a value obtained by weighted averaging the RIs of all types of sintered ores according to the charged amount is used. Note that the preferable range of RI is 71% or more.
3)高炉スラグ量を270(kg/t−溶銑)以下とする:
高炉でのスラグ量が270kg/t−溶銑以下であれば、吹き込まれた微粉炭由来の未燃焼チャーがスラグ中にトラップされる量が低下し、ガス化反応に消費されることから、コークスのガス化反応に起因するコークス強度の低下が抑制される。そこで、高炉のスラグ量を270(kg/t−溶銑)以下とした。なお、好ましいスラグ量の範囲は、260(kg/t−溶銑)以下である。
3) blast furnace slag amounts to 270 (kg / t-hot metal) below:
If the amount of slag in the blast furnace is 270 kg / t-molten metal or less, the amount of unburned char derived from the injected pulverized coal is trapped in the slag and consumed in the gasification reaction. A reduction in coke strength due to the gasification reaction is suppressed. Therefore, the slag amount of the blast furnace was set to 270 (kg / t-molten metal) or less. In addition, the range of preferable slag amount is 260 (kg / t-molten metal) or less.
上述した1)〜3)の適正範囲を全て満足させるように操業諸元を調整することにより、コークスの劣化を抑制して高炉内通気性を確保し、かつ還元材使用量を低減できる高炉操業が達成される。 Blast furnace operation that suppresses coke deterioration and ensures air permeability in the blast furnace and reduces the amount of reducing material used by adjusting the operation specifications so as to satisfy all the appropriate ranges of 1) to 3) described above. Is achieved.
本発明の高炉操業方法の効果を確認するため、前述した試験高炉を用いて試験操業を行い、その結果を評価した。 In order to confirm the effect of the blast furnace operation method of the present invention, the test operation was performed using the test blast furnace described above, and the results were evaluated.
表1に、試験操業に使用した装入物の主要成分組成を、また、表2に、装入物装入量、微粉炭吹込量およびスラグ量の実績をそれぞれ示した。 Table 1 shows the main component composition of the charge used in the test operation, and Table 2 shows the results of the charge amount, the pulverized coal injection amount, and the slag amount.
なお、試験高炉では、実高炉に比べて溶銑単位質量(1t)当たりの熱損失が大きいために、還元材比が実高炉に比較して高くなり、したがって、還元材に由来するスラグ生成量が多くなる。そこで、試験操業においては、スラグ量を実高炉なみの値に低減するために、普通コークスと灰分の低いオイルコークスとをそれぞれ50質量%づつ配合して使用した。 In the test blast furnace, the heat loss per molten iron unit mass (1 ton) is larger than that in the actual blast furnace, so that the reducing material ratio is higher than that in the actual blast furnace. Therefore, the amount of slag generated from the reducing material is small. Become more. Therefore, in the test operation, in order to reduce the amount of slag to a value equivalent to that of an actual blast furnace, ordinary coke and low-ash oil coke were blended by 50% by mass, respectively.
表3に、装入されたコークスの反応性指数(CRI)および焼結鉱の被還元性指数(RI)、スラグ量、ならびに、試験結果としての還元材比、炉内採取コークスの強度(I)をそれぞれ示した。 Table 3 shows the reactivity index (CRI) of the charged coke and the reducibility index (RI) of the sintered ore, the amount of slag, the ratio of the reducing material as the test result, the strength of the coke collected in the furnace (I ) Respectively.
表3において、還元材比は、コークス比と微粉炭比との和を表し、また、コークス強度(I)は、試験高炉に設置した前記のコークスサンプラーにより試験操業中に炉下部から採取したコークスを冷却後、目視により普通コークスとオイルコークスとに分別し、普通コークスについて、前記のI型ドラムにより測定した反応後強度(I(600、+9.5))の値を示す。 In Table 3, the reducing material ratio represents the sum of the coke ratio and the pulverized coal ratio, and the coke strength (I) is the coke sampled from the lower part of the furnace during the test operation by the coke sampler installed in the test blast furnace. After cooling, the product is visually separated into normal coke and oil coke, and the value of post-reaction strength (I (600, +9.5)) measured with the above-mentioned type I drum for normal coke is shown.
また、試験結果の評価は下記のとおり区分した。すなわち、還元材比については、700kg/t未満の場合を良好(○)、700kg/t以上の場合を不良(×)とし、コークス強度(I)については、84.5%以上の場合を良好(○)、84.5%未満の場合を不良(×)とした。そして、両者が良好の場合は、総合評価を良好(○)とし、上記の少なくともいずれかが不良の場合は総合評価を不良(×)とした。 The evaluation of test results was classified as follows. That is, for the reducing material ratio, the case of less than 700 kg / t is good (◯), the case of 700 kg / t or more is bad (x), and the coke strength (I) is good when it is 84.5% or more. (○), the case of less than 84.5% was regarded as defective (x). And when both were favorable, comprehensive evaluation was set to favorable ((circle)), and when at least one of said was unsatisfactory, comprehensive evaluation was set to defect (x).
試験番号1および2は、本発明で規定するコークスCRI、焼結鉱RIおよび高炉スラグ量の範囲を全て満足する本発明例についての試験であり、試験番号3〜7は、コークスCRI、焼結鉱RIまたは高炉スラグ量の少なくともいずれかが、本発明で規定する範囲を外れた比較例である。 Test Nos. 1 and 2 are tests on examples of the present invention that satisfy all the ranges of coke CRI, sintered ore RI, and blast furnace slag specified in the present invention, and test Nos. 3 to 7 are coke CRI, sintered At least one of the ore RI and the amount of blast furnace slag is a comparative example outside the range defined in the present invention.
本発明例の試験番号1および2では、還元材比が低く、また、コークス強度(I)は高いレベルに維持された。すなわち、炉内における焼結鉱の高い還元効率が達成され、しかも炉内の通気性も良好に維持され、総合評価は良好であった。 In Test Nos. 1 and 2 of the examples of the present invention, the reducing material ratio was low, and the coke strength (I) was maintained at a high level. That is, a high reduction efficiency of the sintered ore in the furnace was achieved, and the air permeability in the furnace was maintained well, and the overall evaluation was good.
これに対して、比較例の試験番号3では、コークスCRIおよび焼結鉱RIはいずれも本発明で規定する範囲内であったことから、還元材比は低く良好であったが、スラグ量が高かったために、コークスの反応量が増大してコークス強度(I)が低下し、炉内通気性も阻害されて、総合評価は不良となった。また、比較例の試験番号4は、焼結鉱RIが低く、またスラグ量も多かったために、還元材比が高く、コークス強度(I)も低下し、総合評価は不良となった。
On the other hand, in the
比較例の試験番号5では、焼結鉱RIおよびスラグ量は、本発明で規定する範囲を満足していたが、コークスCRIが低かったために、コークス強度(I)は高く維持されたものの、焼結鉱の還元効率が低く、還元材比が上昇して、総合評価は不良となった。比較例の試験番号6では、焼結鉱RIは本発明で規定する範囲内にあったが、コークスCRIが低く、また、スラグ量が高かったために、コークス強度(I)は高く維持されたものの、焼結鉱の還元効率が低く、還元材比は上昇して総合評価は不良となった。そして、比較例の試験番号7においては、コークスCRI、焼結鉱RIおよびスラグ量の全てが本発明で規定する範囲を外れたために、焼結鉱の還元効率は極めて低く、したがって、還元材比が極めて高くなり、総合評価も不良となった。
In the
本発明の方法によれば、反応性の高いコークスを使用する場合であっても、コークスの反応性、焼結鉱の被還元性および高炉のスラグ量を適正範囲に調整することにより、コークスの冷間強度の改善による銑鉄製造コストの上昇を伴うことなく、高炉内でのコークスの強度劣化および粉化を抑制し、安定した炉内通気性のもとで、高炉の還元材使用量の低減を図ることができる。したがって、本発明の高炉操業方法は、良好な炉内通気性と還元材比の低減の両立を要求される高炉の操業分野において広く適用することができる。 According to the method of the present invention, even when highly reactive coke is used, by adjusting the coke reactivity, the sinter reducibility, and the blast furnace slag amount to an appropriate range, Reduces coke strength deterioration and pulverization in the blast furnace and reduces the amount of reducing material used in the blast furnace with stable air permeability without increasing the cost of pig iron production by improving cold strength Can be achieved. Therefore, the blast furnace operating method of the present invention can be widely applied in the blast furnace operating field where both good in-furnace air permeability and reduction of the reducing material ratio are required.
1:竪型電気炉、 2:黒鉛坩堝、 3:高炉装入物試料、 31:コークス試料、
32:焼結鉱試料、 4:還元ガス、 5:黒鉛発熱体、 6:荷重制御装置、
7:温度測定装置、 8:ガス圧力測定装置、 9:ターンテーブル、 10:ガス流量制御装置、 11:排ガス、 12:排ガス分析装置、101:羽口、
102:出銑滓口、103:コークス装入用ホッパー、104:鉱石装入用ホッパー、
105:炉内ガス排出口、106:断熱材および耐火物、107:コークスサンプラー。
1: vertical electric furnace, 2: graphite crucible, 3: blast furnace charge sample, 31: coke sample,
32: Sintered ore sample, 4: Reducing gas, 5: Graphite heating element, 6: Load control device,
7: temperature measuring device, 8: gas pressure measuring device, 9: turntable, 10: gas flow rate control device, 11: exhaust gas, 12: exhaust gas analyzer, 101: tuyere,
102: Outlet, 103: Coke charging hopper, 104: Ore charging hopper,
105: In-furnace gas discharge port, 106: Insulating material and refractory, 107: Coke sampler.
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