JP6167837B2 - Direct reduction method - Google Patents

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Description

高炉還元法とは異なる別の還元法として、直接還元法が知られている。直接還元法とは鉄鉱石やそれを塊成化したペレットなどをCOガスやHガスによって還元し固体の還元鉄を得るプロセスであり、高炉法より小規模な立地が可能なことやコークスを製造するために必要な粘結炭などの資源制約が少ないなどの特徴によって普及が進んでいる。直接還元法については、さらなる改善に向けた研究開発が行われてきており、特に地球温暖化対策として還元剤としての水素を活用する技術について検討が進められている。 A direct reduction method is known as another reduction method different from the blast furnace reduction method. The direct reduction method is a process in which iron ore and pellets agglomerated from it are reduced with CO gas or H 2 gas to obtain solid reduced iron. Popularization is progressing due to features such as few resource constraints such as caking coal necessary for production. The direct reduction method has been researched and developed for further improvement, and in particular, a technique for utilizing hydrogen as a reducing agent as a countermeasure against global warming is being studied.

高炉のプロセス解析の目的は、高炉の操業要因の変更あるいは変動に対する炉の操業指標の変化を予測し、それに基づいて適切な措置をとり、炉の安定操業を確保しながら、操業成績の向上をはかることにある。高炉の安定操業を確保するためには、炉内各部で熱的なバランスがとれていること、すなわち熱収支の条件を満足することが必要であり、プロセス解析の理論も熱収支の方式によって分類することができる。   The purpose of process analysis of the blast furnace is to predict changes in the furnace operation index in response to changes or fluctuations in the blast furnace operation factors, and take appropriate measures based on that to improve the operation results while ensuring stable operation of the furnace. It is to measure. In order to ensure stable operation of the blast furnace, it is necessary to have a thermal balance in each part of the furnace, that is, to satisfy the heat balance conditions, and the theory of process analysis is also classified according to the heat balance method. can do.

高炉のプロセス解析理論として、リスト操業線図が知られている(例えば、非特許文献1参照)。リスト操業線図は、高炉の各種の操業要因と操業指標との関係を簡潔にグラフ化し、定量的な計算を可能としたプロセス解析法の一つである。リスト操業線図は間接還元が主に進行するシャフト部についての酸素交換線図を、炉下部における溶融還元反応などを考慮するように拡張したものであり、ここでは酸素交換線図に相当する部分について概説する。図1のグラフは、高炉の酸素交換線図を模式的に示しており、縦軸が原料の還元度合であるO/Feに対応しており、横軸が還元ガスのガス利用率(言い換えると、還元ガスの酸化度)である(CO+HO/(CO+CO+H+HO)に対応している。ただし、高炉の還元ガスはCOが主体であるため、数%しか存在しないHはここでは無視している。なお、分母の数値は還元が進む程COが少なくなる一方で、COが増大するから不変であり、分子の数値は還元が進む程CO濃度が増して増大する。 As a process analysis theory of a blast furnace, a list operation diagram is known (for example, see Non-Patent Document 1). The list operation diagram is one of the process analysis methods that makes it possible to graph the relationship between various operation factors of the blast furnace and the operation index in a simple manner and enable quantitative calculation. The list operation diagram is an extension of the oxygen exchange diagram for the shaft part where indirect reduction mainly proceeds so as to take into account the smelting reduction reaction in the lower part of the furnace. Here, the part corresponding to the oxygen exchange diagram Is outlined. The graph of FIG. 1 schematically shows an oxygen exchange diagram of a blast furnace, the vertical axis corresponds to O / Fe that is the reduction degree of the raw material, and the horizontal axis is the gas utilization rate of the reducing gas (in other words, This corresponds to (CO 2 + H 2 O / (CO + CO 2 + H 2 + H 2 O)), which is the oxidation degree of the reducing gas, but since the reducing gas of the blast furnace is mainly CO, there is only a few percent. H 2 is neglected here, while the denominator value is constant because CO decreases as the reduction proceeds, while CO 2 increases, and the numerator value does not change, and the CO 2 concentration increases as the reduction proceeds. Increase.

図1の実線は操業線、破線は還元の平衡制約を示している。実線中のA点は高炉炉頂部に対応しており、高炉炉頂部から装入される装入物はFe(以下、「ヘマタイト」と称する)であるから、縦軸の数値は1.5であり、還元ガスのガス利用率は高炉炉頂部で最大となり、本例では約0.45となっている。実線中のB点はシャフト部での間接還元後の原料(以下、還元鉄と称する場合がある)及び炉下部から流入する還元ガスのガス利用率に対応している。 The solid line in FIG. 1 indicates the operation line, and the broken line indicates the equilibrium constraint for reduction. The point A in the solid line corresponds to the top of the blast furnace and the charge charged from the top of the blast furnace is Fe 2 O 3 (hereinafter referred to as “hematite”). .5, and the gas utilization rate of the reducing gas is maximum at the top of the blast furnace furnace, and is about 0.45 in this example. Point B in the solid line corresponds to the raw material after indirect reduction at the shaft portion (hereinafter sometimes referred to as reduced iron) and the gas utilization rate of the reducing gas flowing from the lower part of the furnace.

A点に対応するヘマタイト→Fe(以下、「マグネタイト」と称する)の還元平衡制約点は、ヘマタイトの頭文字をとってHeqと表記している。マグネタイト→FeO1.05(以下、「ウスタイト」と称する)の還元平衡制約点は、マグネタイトの頭文字をとってMeqと表記している。ウスタイト→鉄の還元平衡制約点は、ウスタイトの頭文字をとってWeqと表記している。操業線は、A点及びB点を直線で結ぶことにより作成される。操業線上でO/Fe=1.333となる点をマグネタイトの頭文字からM点、O/Fe=1.05となる点をウスタイトの頭文字からW点と表記している。還元の平衡制約を示す破線において、Heq点とMeq点とを結ぶ破線は、ヘマタイトからマグネタイトに変わる時の平衡ガス組成に対応しており、Meq点とWeq点とを結ぶ破線は、マグネタイトからウスタイトに変わる時の平衡ガス組成に対応しており、Weq点から下に延びる破線は、ウスタイトから鉄原料に変わる時の平衡ガス組成に対応している。なお、横に延びる破線は、実際には存在しないが、便宜上、当業者間では引くことが技術常識とされている。 The reduction equilibrium constraint point of hematite → Fe 3 O 4 (hereinafter referred to as “magnetite”) corresponding to the point A is expressed as Heq after the initial of hematite. The reductive equilibrium constraint point of magnetite → FeO 1.05 (hereinafter referred to as “wustite”) is expressed as Meq after the initial of magnetite. The wustite → iron reduction equilibrium constraint point is expressed as Weq after the acronym of wustite. The operation line is created by connecting points A and B with a straight line. The point at which O / Fe = 1.333 on the operation line is indicated as M point from the initial of magnetite, and the point at which O / Fe = 1.05 is indicated as W point from the initial of wustite. In the broken line indicating the equilibrium constraint of reduction, the broken line connecting the Heq point and the Meq point corresponds to the equilibrium gas composition when changing from hematite to magnetite, and the broken line connecting the Meq point and the Weq point is from magnetite to wustite. The broken line extending downward from the Weq point corresponds to the equilibrium gas composition when changing from wustite to the iron raw material. In addition, although the broken line extended horizontally does not actually exist, it is common technical knowledge to draw between those skilled in the art for convenience.

この高炉の酸素交換線図を用いることにより、マグネタイト及びウスタイトにおけるガス利用率等を把握することができる。また、図2に示すように、操業線がWeq点よりも右側を通るような操業状態(還元ガスのCO濃度がより高くなる状態)は、還元が進行できなくなるため現実には実行し得ない。したがって、高炉操業において、還元を行うためには、少なくとも操業線がWeq点よりも左側を通るようなアクションを実施する必要がある。一方でこの直線の傾きは反応に消費される炭素の量を表すため、エネルギー消費や二酸化炭素排出量の削減などの観点から、上述の傾きは小さい方が好ましいと考えられている。そこで操業線をWeq点にできるだけ近づけるような操業が望ましいとして、従来から高炉の操業設計において酸素交換線図およびリスト線図が活用されている。 By using the oxygen exchange diagram of this blast furnace, it is possible to grasp the gas utilization rate and the like in magnetite and wustite. In addition, as shown in FIG. 2, an operation state in which the operation line passes on the right side of the Weq point (a state in which the CO 2 concentration of the reducing gas becomes higher) cannot be performed in reality because the reduction cannot proceed. Absent. Therefore, in order to perform reduction in blast furnace operation, it is necessary to perform an action such that at least the operation line passes on the left side of the Weq point. On the other hand, since the slope of this straight line represents the amount of carbon consumed in the reaction, it is considered that the above-mentioned slope is preferably small from the viewpoint of reducing energy consumption and carbon dioxide emission. Therefore, assuming that it is desirable to make the operation line as close as possible to the Weq point, an oxygen exchange diagram and a list diagram have been conventionally used in the operation design of the blast furnace.

特開昭61−253309号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-253309 特開平5−156335号公報JP-A-5-156335 欧州特許出願公開第0207779号明細書European Patent Application No. 0207779

鉄と鋼, Vol.79(1993)No.9, N618.Iron and steel, Vol. 79 (1993) No. 9, N618.

本発明者らが直接還元炉の操業改善を検討したところ、装入物の降下やガスの通気性などが不安定になるという事態が発生した。調査の結果、高炉法では還元粉化しにくいとされるペレットが還元粉化していることが確認された。還元粉化はヘマタイトからマグネタイトへの相変化による強度低下が引き金になることより、直接還元炉の炉内においては、マグネタイトの停滞領域が生成していることが推定された。   When the present inventors examined improvement of the operation of the direct reduction furnace, a situation in which the descending of the charge and the gas permeability became unstable. As a result of the investigation, it was confirmed that the pellets which are considered to be difficult to reduce by the blast furnace method are reduced. Reduction powdering is triggered by a decrease in strength due to the phase change from hematite to magnetite, which suggests that a stagnant region of magnetite is generated in the direct reduction furnace.

そこで、酸素交換線図による評価を直接還元炉操業に対して適用したところ、(1)高Hガスを送風する直接還元炉の酸素交換線図では、高炉操業の酸素交換線図と異なり、平衡制約領域のMeq点が低ガス利用率側に大きく張り出していること、および(2)ペレットの還元粉化が確認された条件では、操業線とMeq点が接近していること、を見いだした。これについてさらに検討を進め、以下の知見を得るに至った。 Therefore, when the evaluation by the oxygen exchange diagram was applied to the direct reduction furnace operation, (1) the oxygen exchange diagram of the direct reduction furnace that blows high H 2 gas is different from the oxygen exchange diagram of the blast furnace operation, It was found that the Meq point in the equilibrium constraint region greatly protruded toward the low gas utilization rate side, and (2) that the operation line and the Meq point were close to each other under the condition that reduced powdering of the pellet was confirmed. . Further studies were made on this, and the following findings were obtained.

直接還元法では、天然ガスを改質した改質ガスなどHを主体とするガスが還元ガスとして用いられる点で、還元ガスとしてCOが用いられる高炉還元法と相違する。すなわち、Meq点が操業条件および炉内条件の影響を鋭敏に受けるためその影響を適切に考慮する必要がある。したがって、高炉還元法の酸素交換線図に基づく理論を、直接還元法にそのまま適用することはできない。そこで、本願発明は、直接還元法に適した酸素交換線図を作成し、この酸素交換線図に基づき直接還元の操業を安定化することを目的とする。 The direct reduction method is different from the blast furnace reduction method in which CO is used as the reducing gas in that a gas mainly composed of H 2 such as a reformed gas obtained by reforming natural gas is used as the reducing gas. That is, since the Meq point is sensitively influenced by the operating condition and the in-furnace condition, it is necessary to appropriately consider the influence. Therefore, the theory based on the oxygen exchange diagram of the blast furnace reduction method cannot be directly applied to the direct reduction method. Therefore, the present invention aims to create an oxygen exchange diagram suitable for the direct reduction method, and to stabilize the direct reduction operation based on the oxygen exchange diagram.

上記課題を解決するために、本願発明は、一つの観点として、(1)水素を主体とした還元ガスを用いて還元鉄を製造するシャフト炉方式の直接還元方法であって、吹き込まれる還元ガスと装入される原料の物質収支によって決定される酸素交換線図上の操業線情報を、ヘマタイトのO/Fe及びガス排出口における還元ガスのガス組成から特定されるA点と、還元鉄を排出する排出口における還元鉄組成及び還元ガスのガス流入口におけるガス組成から特定されるB点とに基づき取得する第1のステップと、前記操業線に基づき、原料に含まれるヘマタイトが全てマグネタイトに変化するM点でのガス利用率ηを推定する第2のステップと、還元ガス及び原料について、前記M点と、前記A点及び前記B点との間の物質量バランス及び熱収支をとることにより、前記M点での還元ガスのガス温度Tg,Mを推定するとともに、このガス温度Tg,Mに基づき、以下の式Aから平衡ガス利用率ηを推定する第3のステップと、平衡ガス利用率ηからガス利用率ηを減じた△ηが、還元粉化抑制の観点から定められる第1の所定値よりも小さい場合に、前記△ηを前記第1のよりも増大させるアクションを実施する第4のステップと、を有することを特徴とする。
[式A]
In order to solve the above problems, the present invention provides, as one aspect, (1) a shaft furnace type direct reduction method for producing reduced iron using a reducing gas mainly composed of hydrogen, and the reducing gas to be blown in The operating line information on the oxygen exchange diagram determined by the material balance of the raw material to be charged, the point A specified from the gas composition of the hematite O / Fe and the reducing gas at the gas outlet, and the reduced iron Based on the reduced iron composition at the discharge outlet and the B point specified from the gas composition at the gas inlet of the reducing gas, and based on the operating line, all the hematite contained in the raw material is converted into magnetite. a second step of estimating the gas utilization rate eta T at point M which varies, for the reduction gas and the raw material, amount of material balance and heat between the said point M, and the point a and the point B By taking the supporting, gas temperature T g of the reducing gas at the point M, with estimates of the M, the estimates of the gas temperature T g, based on M, the following equilibrium gas utilization ratio eta E from the equation A 3 and steps of, if the equilibrium gas utilization ratio eta E minus the gas utilization rate eta T △ eta is smaller than a first predetermined value determined from the viewpoint of reduction degradation suppressing, the said △ eta first And a fourth step of performing an action of increasing than 1.
[Formula A]

ただし、KCO(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+CO=(3/0.85)FeO1.05+COの平衡定数であり、
H2(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+H=(3/0.85)FeO1.05+HOの平衡定数であり、
g1,M前記M点での還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g2,M前記M点での還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g3,M前記M点での還元ガスに含まれるHの流量であり、
g4,M前記M点での還元ガスに含まれるHOの流量であり、
s,M:前記M点での原料の温度であり、前記Tg,Mと同じである。
Where K CO (T) is an equilibrium constant of (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + CO = (3 / 0.85) FeO 1.05 + CO 2 corresponding to the gas temperature T g, M ,
K H2 (T): (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + H 2 = (3 / 0.85) FeO 1.05 + H 2 O corresponding to the gas temperature T g, M
V g1, M : the flow rate of CO contained in the reducing gas at the point M ,
V g2, M : the flow rate of CO 2 contained in the reducing gas at the M point ,
V g3, M is the flow rate of H 2 contained in the reducing gas at point M ,
V g4, M : the flow rate of H 2 O contained in the reducing gas at the M point ,
T s, M : The temperature of the raw material at the M point, which is the same as the T g, M.

(2)上記(1)の構成において、前記△ηが前記第1の所定値より大きい第2の所定値より大きい場合に、前記△ηを減少させるアクションを実施することにより、前記△ηを前記第1の所定値に接近させてもよい。(2)の構成によれば、還元粉化を抑制しながら、還元ガスのエネルギ効率を向上させることができる。   (2) In the configuration of (1), when Δη is larger than a second predetermined value that is larger than the first predetermined value, the Δη is reduced by performing an action to decrease the Δη. The first predetermined value may be approached. According to the structure of (2), the energy efficiency of reducing gas can be improved, suppressing reduction | restoration powdering.

(3)上記(1)の構成における前記第4のステップにおいて、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスのCO濃度を増大させる第1のアクション、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの温度を上昇させる第2のアクション、還元鉄の排出速度を減速、或いは前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度を増速する第3のアクション、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度及び還元鉄の排出速度を等比率で増大する第4のアクションのうち少なくとも一つのアクションを実施してもよい。   (3) In the fourth step in the configuration of (1) above, a first action for increasing the CO concentration of the reducing gas blown from the gas inlet, and the temperature of the reducing gas blown from the gas inlet is increased. A second action for reducing the discharge speed of the reduced iron, or a third action for increasing the blowing speed of the reducing gas blown from the gas inlet, and the blowing speed and reduction of the reducing gas blown from the gas inlet You may implement at least 1 action among 4th actions which increase the discharge | emission speed | rate of iron by equal ratio.

本願発明は、別の観点として、(4)原料をシャフト炉内で降下させながら、水素を主体とした還元ガスを用いて、ヘマタイトからマグネタイトに、マグネタイトから還元鉄に順次還元するシャフト炉方式の直接還元方法であって、ヘマタイトに対応する第1の位置において、還元ガスのガス温度、還元ガスのガス組成毎の流量、原料の温度及び原料組成毎の重量比、を取得する第1のステップと、還元鉄に対応する第2の位置において、還元ガスのガス温度、還元ガスのガス組成毎の流量、原料の温度及び原料組成毎の重量比、を取得する第2のステップと、還元ガス及び原料について、前記第1及び第2の位置と、原料に含まれる全てのヘマタイトがマグネタイトに変化する第3の位置との間において、物質量バランスおよび熱収支をとることにより、前記第3の位置での還元ガスのガス温度Tg,Mを推定するとともに、以下の式Bから前記第3の位置でのガス利用率ηを推定する第3のステップと、推定されたガス温度Tg,Mに基づき、以下の式Cから平衡ガス利用率ηを推定する第4のステップと、平衡ガス利用率ηからガス利用率ηを減じた△ηが、還元粉化抑制の観点から定められる第1の所定値よりも小さい場合に、前記△ηを前記第1の所定値よりも増大させるアクションを実施する第5のステップと、を有することを特徴とする。
[式B]
The present invention has, as another aspect, (4) a shaft furnace type in which raw material is lowered in a shaft furnace and a reduction gas mainly composed of hydrogen is used to sequentially reduce hematite to magnetite and magnetite to reduced iron. A first reduction method for obtaining a gas temperature of a reducing gas, a flow rate for each gas composition of the reducing gas, a temperature of the raw material, and a weight ratio for each raw material composition at a first position corresponding to hematite. And a second step for obtaining a gas temperature of the reducing gas, a flow rate for each gas composition of the reducing gas, a temperature of the raw material and a weight ratio for each raw material composition at a second position corresponding to the reduced iron, and a reducing gas For the raw material, a balance between the amount of material and a heat balance is obtained between the first and second positions and the third position where all the hematite contained in the raw material changes to magnetite. It makes the gas temperature T g of the reducing gas in the third position, with estimates of M, and a third step of estimating the gas utilization rate eta T in the third position from the formula B below, Based on the estimated gas temperature T g, M , the fourth step of estimating the equilibrium gas utilization rate η E from the following equation C, and Δη obtained by subtracting the gas utilization rate η T from the equilibrium gas utilization rate η E is And a fifth step of performing an action of increasing Δη above the first predetermined value when it is smaller than a first predetermined value determined from the viewpoint of reducing powder reduction. And
[Formula B]

[式C] [Formula C]

ただし、d0:酸素の還元鉄1トン当たりの物質量を、標準状態(0℃,1atm)の気体体積に換算したものであり、
g1,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g2,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるCO の流量であり、
g3,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるH の流量であり、
g4,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるH Oの流量であり、
CO(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+CO=(3/0.85)FeO1.05+COの平衡定数であり、
H2(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+H=(3/0.85)FeO1.05+HOの平衡定数であり、
g1,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g2,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g3,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるHの流量であり、
g4,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるHOの流量であり、
s,M:前記第3の位置(M点での原料の温度であり、前記Tg,Mと同じである。
However, d0: The amount of oxygen per ton of reduced iron is converted to the gas volume in the standard state (0 ° C., 1 atm),
V g1, i is the flow rate of CO contained in the reducing gas at the second position,
V g2, i : the flow rate of CO 2 contained in the reducing gas at the second position ,
V g3, i is the flow rate of H 2 contained in the reducing gas at the second position ,
V g4, i is the flow rate of H 2 O contained in the reducing gas at the second position ,
K CO (T): Equilibrium constant of (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + CO = (3 / 0.85) FeO 1.05 + CO 2 corresponding to gas temperature T g, M
K H2 (T): (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + H 2 = (3 / 0.85) FeO 1.05 + H 2 O corresponding to the gas temperature T g, M
V g1, M is the flow rate of CO contained in the reducing gas at the third position ,
V g2, M : the flow rate of CO 2 contained in the reducing gas at the third position ,
V g3, M is the flow rate of H 2 contained in the reducing gas at the third position ,
V g4, M : the flow rate of H 2 O contained in the reducing gas at the third position ,
T s, M : The temperature of the raw material at the third position ( M point ) , which is the same as T g, M.

(5)上記(4)の構成において、前記△ηが前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きい場合に、前記△ηを減少させるアクションを実施することにより、前記△ηを前記第1の所定値に接近させてもよい。(5)の構成によれば、還元粉化を抑制しながら、還元ガスのエネルギ効率を向上させることができる。   (5) In the configuration of (4), when Δη is larger than a second predetermined value that is larger than the first predetermined value, an action for decreasing Δη is performed, whereby Δη May be brought close to the first predetermined value. According to the structure of (5), the energy efficiency of reducing gas can be improved, suppressing reduction | restoration powdering.

(6)上記(4)の構成における前記第5のステップにおいて、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスのCO濃度を増大させる第1のアクション、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの温度を上昇させる第2のアクション、還元鉄の排出速度を減速、或いは前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度を増速する第3のアクション、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度及び還元鉄の排出速度を等比率で増大する第4のアクションのうち少なくとも一つのアクションを実施してもよい。   (6) In the fifth step in the configuration of (4), the first action for increasing the CO concentration of the reducing gas blown from the gas inlet, and the temperature of the reducing gas blown from the gas inlet is increased. A second action for reducing the discharge speed of the reduced iron, or a third action for increasing the blowing speed of the reducing gas blown from the gas inlet, and the blowing speed and reduction of the reducing gas blown from the gas inlet You may implement at least 1 action among 4th actions which increase the discharge | emission speed | rate of iron by equal ratio.

本願発明によれば、直接還元法に適した酸素交換線図に基づき直接還元が実施されるため、操業を安定化させることができる。   According to the present invention, since direct reduction is performed based on an oxygen exchange diagram suitable for the direct reduction method, the operation can be stabilized.

高炉の酸素交換線図である。It is an oxygen exchange diagram of a blast furnace. 高炉の酸素交換線図である(還元不可の場合)。It is an oxygen exchange diagram of a blast furnace (when reduction is impossible). 温度と平衡ガス利用率に対応したCO/(CO+CO)との関係を示すグラフである。Temperature is a graph showing the relationship between CO 2 / corresponds to the equilibrium gas utilization rate (CO + CO 2). 温度と平衡ガス利用率に対応したHO/(H+HO)との関係を示すグラフである。Temperature is a graph showing the relationship between the equilibrium gas utilization H 2 corresponding to the ratio O / (H 2 + H 2 O). シャフト炉の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a shaft furnace. 酸素交換線図の作成方法を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the preparation method of an oxygen exchange diagram. シャフト炉の酸素交換線図である(ステップS1に対応)。It is an oxygen exchange diagram of a shaft furnace (corresponding to step S1). シャフト炉の酸素交換線図である(ステップS2に対応)。It is an oxygen exchange diagram of a shaft furnace (corresponding to step S2). シャフト炉の酸素交換線図である(ステップS4に対応)。It is an oxygen exchange diagram of a shaft furnace (corresponding to step S4). A点、M点及びC点におけるガス及び原料の物質量、温度などである。These are the amount of gas and raw material at point A, point M and point C, temperature, and the like. 第2実施形態のフローチャートである。It is a flowchart of a 2nd embodiment. CO濃度増大による効果を定量的に示した酸素交換線図である。It is an oxygen exchange diagram which showed quantitatively the effect by CO concentration increase. 送風温度増大(+100K)による効果を定量的に示した酸素交換線図である。It is the oxygen exchange diagram which showed quantitatively the effect by blast temperature increase (+ 100K). 送風温度増大(+150K)による効果を定量的に示した酸素交換線図である。It is the oxygen exchange diagram which showed quantitatively the effect by ventilation temperature increase (+ 150K). 送風量増大による効果を定量的に示した酸素交換線図である。It is the oxygen exchange diagram which showed quantitatively the effect by the ventilation volume increase. 送風速度及び成品排出速度を等比率で増大したときの効果を定量的に示した酸素交換線図である。It is the oxygen exchange diagram which showed quantitatively the effect when increasing a ventilation speed and a product discharge speed by equal ratio. 送風速度及び成品排出速度をともに増大したときの効果を定量的に示した酸素交換線図である。It is the oxygen exchange diagram which showed quantitatively the effect when both a ventilation speed and a product discharge speed were increased.

(直接還元法における還元粉化)
直接還元法において、還元粉化が重要となる理由を説明する。これが、本願発明の基礎となる。図3は、温度と平衡ガス利用率に対応したCO/(CO+CO)との関係を示すグラフである。図4は、温度と平衡ガス利用率に対応したHO/(H+HO)との関係を示すグラフである。これらの還元平衡におけるガス利用率は、熱力学の手法から温度によって決定できる。
(Reduced powder in the direct reduction method)
The reason why reduced powdering is important in the direct reduction method will be described. This is the basis of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relationship between temperature and CO 2 / (CO + CO 2 ) corresponding to the equilibrium gas utilization rate. FIG. 4 is a graph showing the relationship between temperature and H 2 O / (H 2 + H 2 O) corresponding to the equilibrium gas utilization rate. The gas utilization factor in these reduction equilibria can be determined by temperature from a thermodynamic technique.

図3を参照して、高炉のように主にCOガスを用いた還元方式では、マグネタイトからウスタイトに還元する場合の平衡ガス利用率が0.56以上となる。通常の高炉操業では、この平衡制約が問題となることはない。つまり、高炉の場合、理論上、ガス温度の高低に関わらず、ガス利用率が0.56よりも小さければ、マグネタイトからウスタイトへの還元反応を継続することができる。すなわち、高炉の一般的な操業条件を考慮すると炉内条件にかかわらずMeq点が移動し操業に影響を及ぼすことはほぼありえない。   Referring to FIG. 3, in the reduction method using mainly CO gas as in the blast furnace, the equilibrium gas utilization rate when reducing from magnetite to wustite is 0.56 or more. In normal blast furnace operation, this equilibrium constraint is not a problem. That is, in the case of a blast furnace, theoretically, the reduction reaction from magnetite to wustite can be continued if the gas utilization rate is smaller than 0.56 regardless of the gas temperature. In other words, considering the general operating conditions of the blast furnace, the Meq point moves almost without affecting the operation regardless of the in-furnace conditions.

図4を参照して、直接還元炉のように主にHガスを用いた還元方式では、低温になるほど平衡ガス利用率が低下する。Hガスによる還元は、一般に吸熱反応であり、炉内の温度もCO還元と比較して低位となることも、この傾向を助長する。そのため直接還元では操業条件や炉内条件によってMeq点が移動するとともに、その還元の平衡制約が操業上の重要な問題となる。直接還元炉内で、特にウスタイトまでの還元が活発に進行する温度は600〜800℃程度であることが知られている。特に実験、モデル解析等の結果から、還元ガスの組成がH/CO>1となる条件下で(吹込みガスがHO及びCOを含む場合には、(H+HO)/(CO+CO)>1となる条件下で)、この傾向が顕著となることがわかった。さらに、還元反応速度は一般に、雰囲気の還元ガス濃度Cと、その還元ガスによって到達する平衡における還元ガス濃度Ceの差に比例することが知られている(萬谷志郎:金属化学入門シリーズ2 鉄鋼製錬、日本金属学会(2000)、p.54)。 Referring to FIG. 4, in the reduction method using mainly H 2 gas as in the direct reduction furnace, the equilibrium gas utilization rate decreases as the temperature decreases. Reduction by H 2 gas is generally an endothermic reaction, and the temperature in the furnace is also lower than that of CO reduction, which promotes this tendency. Therefore, in direct reduction, the Meq point moves depending on the operating conditions and in-furnace conditions, and the equilibrium limitation of the reduction becomes an important operational problem. It is known that the temperature at which the reduction to wustite actively proceeds in a direct reduction furnace is about 600 to 800 ° C. In particular, from the results of experiments, model analysis, and the like, under conditions where the composition of the reducing gas is H 2 / CO> 1 (when the blowing gas contains H 2 O and CO 2 , (H 2 + H 2 O) / (CO + CO 2 )> 1), this tendency was found to be significant. Furthermore, it is known that the reduction reaction rate is generally proportional to the difference between the reducing gas concentration C i of the atmosphere and the reducing gas concentration Ce in the equilibrium reached by the reducing gas (Shiro Sugaya: Introduction to Metal Chemistry Series 2 Steel Smelting, Japan Institute of Metals (2000), p. 54).

すなわち、Meq点の還元が制約となることで、マグネタイトの還元が停滞して、その領域が炉内で拡大するとともに、これが装入物の降下に伴う衝撃を受けて粉化することによって(つまり、還元粉化が起こる)、ガス流れが阻害され、操業が不安定化する。還元粉化は、低温領域におけるヘマタイトからマグネタイトへの還元に伴う、体積膨張に基づく結合組織の破壊であることが知られており、マグネタイトの状態で還元が停滞すると、還元粉化が起こる。
(第1実施形態)
図面を参照しながら、本発明の第1実施形態について説明する。図5は、直接還元法を有効に実施するためのシャフト炉(還元炉に相当する)の概略構成図である。シャフト炉1は、竪型シャフト炉であり、ガス排出口11、ガス吹き込み口12及び還元鉄排出口13を備え、原料を還元する。ガス吹き込み口12は、シャフト炉1の略中段に形成されており、シャフト炉1の内部に還元ガスを供給する。還元ガスには、天然ガス、天然ガスを改質したHを主成分とする改質ガスを用いることができる。
That is, when the reduction of the Meq point becomes a restriction, the reduction of the magnetite stagnates, and the region expands in the furnace, and this is pulverized due to the impact accompanying the lowering of the charge (that is, , Reduction powdering occurs), gas flow is obstructed, and operation becomes unstable. Reduction powdering is known to be a destruction of connective tissue based on volume expansion accompanying the reduction from hematite to magnetite in a low temperature region, and reduction powdering occurs when the reduction stagnates in the state of magnetite.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a shaft furnace (corresponding to a reduction furnace) for effectively carrying out the direct reduction method. The shaft furnace 1 is a vertical shaft furnace and includes a gas discharge port 11, a gas blowing port 12, and a reduced iron discharge port 13, and reduces the raw material. The gas blowing port 12 is formed in a substantially middle stage of the shaft furnace 1 and supplies a reducing gas into the shaft furnace 1. As the reducing gas, natural gas or a reformed gas mainly composed of H 2 obtained by reforming natural gas can be used.

還元ガスは、シャフト炉1の炉頂部から装入される原料を還元した後、炉頂部に設けられたガス排出口11から排ガスとして排気される。還元された原料、つまり、還元鉄は、炉下部を循環する冷却ガス(不図示)によって冷却された後、炉下部に設けられた還元鉄排出口13から排出される。   The reducing gas is exhausted as exhaust gas from the gas outlet 11 provided at the top of the furnace after reducing the raw material charged from the top of the shaft furnace 1. The reduced raw material, that is, reduced iron, is cooled by a cooling gas (not shown) circulating in the lower part of the furnace, and then discharged from a reduced iron discharge port 13 provided in the lower part of the furnace.

原料には、Feを主成分とする鉄鉱石及びその加工品を用いることができる。加工品には、塊状鉄鉱石、燒結鉱、粉状鉄鉱石を塊成化したペレット又はブリケットを用いることができる。 As the raw material, iron ore mainly composed of Fe 2 O 3 and processed products thereof can be used. As the processed product, pellets or briquettes obtained by agglomerating massive iron ore, sintered ore, and powdered iron ore can be used.

図6のフローチャートは、酸素交換線図の作成手順を示している。図7(a)は図6のステップS1に対応しており、図7(b)は図6のステップS2に対応しており、図7(c)は図6のステップS4に対応している。   The flowchart in FIG. 6 shows a procedure for creating an oxygen exchange diagram. 7A corresponds to step S1 in FIG. 6, FIG. 7B corresponds to step S2 in FIG. 6, and FIG. 7C corresponds to step S4 in FIG. .

ステップS1において、A点およびB点を求める。A点はヘマタイトのO/Feとガス排出口11における還元ガスのガス利用率とから、特定することができる。ヘマタイトのO/Feは1.5であるから、A点の縦軸の値は1.5である。A点における還元ガスのガス利用率(横軸の値)は、ガス排出口11から排出される還元ガスのガス組成を調べるとともに、(CO+HO)/(CO+CO+H+HO)なる計算式から算出することができる。ガス組成は、たとえば、JIS K2301に規定されているような赤外線ガス分析法などによって測定することができる。B点は、還元鉄排出口13から排出される還元鉄のO/Feとガス吹き込み口12から吹き込まれる還元ガスのガス利用率とから、特定することができる。還元鉄のO/Feは、たとえば、JIS M8212(全鉄量)、M8213(鉄(ii)量)、ISO5416(金属鉄量)で測定する組成や特開2002−88417号公報で測定する金属化率などから評価することができる。つまり、図7(a)に図示するように、原料の入口および出口におけるO/Feと、還元ガス吹き込み口および排出口におけるガス組成と、に基づき、還元ガスのガス利用率の増大に応じて原料のO/Feが漸次増大する操業線情報を取得することができる。 In step S1, points A and B are obtained. The point A can be specified from the O / Fe of hematite and the gas utilization rate of the reducing gas at the gas outlet 11. Since O / Fe of hematite is 1.5, the value of the vertical axis at point A is 1.5. The gas utilization rate (value on the horizontal axis) of the reducing gas at point A is determined by examining the gas composition of the reducing gas discharged from the gas outlet 11 and (CO 2 + H 2 O) / (CO + CO 2 + H 2 + H 2 O). ). The gas composition can be measured, for example, by an infrared gas analysis method as defined in JIS K2301. The point B can be specified from the reduced iron O / Fe discharged from the reduced iron discharge port 13 and the gas utilization rate of the reducing gas blown from the gas blowing port 12. O / Fe of reduced iron is, for example, a composition measured by JIS M8212 (total iron amount), M8213 (iron (ii) amount), ISO 5416 (metal iron amount), or metallization measured by JP-A-2002-88417. It can be evaluated from the rate. That is, as illustrated in FIG. 7A, according to an increase in the gas utilization rate of the reducing gas based on the O / Fe at the inlet and outlet of the raw material and the gas composition at the reducing gas inlet and outlet. Operation line information in which O / Fe of the raw material gradually increases can be acquired.

ステップS2において、操業線上におけるM点を求める。ここで、M点は、背景技術で説明したようにマグネタイトに対応しているから、O/Feが1.33となる操業線上の点にプロットされる(図7(b)参照)。これにより、M点でのガス利用率ηを求めることができる。 In step S2, M point on the operation line is obtained. Here, since the point M corresponds to magnetite as described in the background art, it is plotted at a point on the operation line where O / Fe is 1.33 (see FIG. 7B). As a result, the gas utilization rate η T at the point M can be obtained.

ステップS3において、M点における還元ガスのガス温度Tg,Mを推定する。図8を参照しながら、ガス温度Tg,Mの推定方法について、詳細に説明する。原料と表示された点線の内側には、原料に含まれる金属の組成が示されており、図7(b)のA点に対応している。本実施形態では、一般的な製鉄原料を原料としており、ヘマタイトがGs1,i(kg/t−DRI)、マグネタイトがGs2,i(kg/t−DRI)、ウスタイトがGs3,i(kg/t−DRI)、FeがGs4,i(kg/t−DRI)、CaOがGs5,i(kg/t−DRI)、SiOがGs6,i(kg/t−DRI)、AlがGs7,i(kg/t−DRI)、MgOがGs8,i(kg/t−DRI)含まれている。なお、「i」は「input」の略である。 In step S3, the gas temperature Tg, M of the reducing gas at point M is estimated. The method for estimating the gas temperatures Tg, M will be described in detail with reference to FIG. The composition of the metal contained in the raw material is shown inside the dotted line indicated as the raw material, and corresponds to the point A in FIG. In this embodiment, a general iron-making raw material is used as a raw material. Hematite is G s1, i (kg / t-DRI), magnetite is G s2, i (kg / t-DRI), and wustite is G s3, i ( kg / t-DRI), Fe is G s4, i (kg / t -DRI), s5 CaO is G, i (kg / t- DRI), SiO 2 is G s6, i (kg / t -DRI), Al 2 O 3 is contained in G s7, i (kg / t-DRI), and MgO is contained in G s8, i (kg / t-DRI). “I” is an abbreviation for “input”.

s,i(K)は、原料の温度である。M点原料と表示された点線の内側には、M点での原料に含まれる金属の組成などが示されており、図7(b)のM点に対応している。成品と表示された点線の内側には、還元鉄に含まれる金属の組成などが示されており、図7(b)のB点に対応している。なお、「o」は「output」の略である。 T s, i (K) is the temperature of the raw material. The composition of the metal contained in the raw material at the point M is shown inside the dotted line indicated as the M point raw material, which corresponds to the point M in FIG. The composition of the metal contained in the reduced iron is shown on the inner side of the dotted line indicated as the product, and corresponds to the point B in FIG. 7B. “O” is an abbreviation for “output”.

送風ガスと表示された点線の内側には、ガス吹き込み口12から吹き込まれる還元ガスの組成が示されている。本実施形態では、直接還元法で一般的に使用されるガスを還元ガスとしており、そのガス組成は、COのガス流量がVg1,i(Nm/t‐DRI)、COのガス流量がVg2,i(Nm/t‐DRI)、Hのガス流量がVg3,i(Nm/t‐DRI)、HOのガス流量がVg4,i(Nm/t‐DRI)、Nのガス流量がVg5,i(Nm/t‐DRI)である。 The composition of the reducing gas blown from the gas blowing port 12 is shown inside the dotted line indicated as the blown gas. In this embodiment, a gas generally used in the direct reduction method is used as a reducing gas, and the gas composition is such that the CO gas flow rate is V g1, i (Nm 3 / t-DRI), and the CO 2 gas flow rate. Is V g2, i (Nm 3 / t-DRI), the gas flow rate of H 2 is V g3, i (Nm 3 / t-DRI), and the gas flow rate of H 2 O is V g4, i (Nm 3 / t- DRI), the gas flow rate of N 2 is V g5, i (Nm 3 / t-DRI).

g,i(K)は、ガス吹き込み口12における還元ガスのガス温度である。M点ガスと表示された点線の内側には、M点での還元ガスの組成などが示されている。炉頂ガスと表示された点線の内側には、ガス排出口11から排気される還元ガスのガス組成などが示されている。 T g, i (K) is the gas temperature of the reducing gas at the gas inlet 12. The composition of the reducing gas at the point M is shown on the inner side of the dotted line indicated as the point M gas. The gas composition of the reducing gas exhausted from the gas discharge port 11 is shown inside the dotted line indicated as the furnace top gas.

M点の定義(ヘマタイトがすべてマグネタイトに還元された段階)から、以下の条件式が導かれる。   The following conditional expression is derived from the definition of point M (stage where hematite is all reduced to magnetite).

式1Formula 1

式2Formula 2

式3Formula 3

式4Formula 4

ここで、上記式(2)において、「55.85」はFeの原子量であり、「16」は酸素の原子量である。式(3)は、ウスタイト、Fe、CaO、SiO、Al及びMgOの含有量は、ヘマタイトからマグネタイトに変化する際に、変化しないということを意味している。式(4)は、還元ガスに含まれるNの含有量は、ヘマタイトからマグネタイトに変化する際に、変化しないということを意味している。 In the above formula (2), “55.85” is the atomic weight of Fe, and “16” is the atomic weight of oxygen. Equation (3) means that the contents of wustite, Fe, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 and MgO do not change when changing from hematite to magnetite. Equation (4) means that the content of N 2 contained in the reducing gas does not change when changing from hematite to magnetite.

Cについての物質収支より、以下の条件式が導かれる。   From the mass balance of C, the following conditional expression is derived.

式5Formula 5

Hについての物質収支より、以下の条件式が導かれる。   From the mass balance of H, the following conditional expression is derived.

式6Equation 6

Oについての物質収支より、   From the mass balance of O,

式7Equation 7

とすると、 Then,

式8Equation 8

すなわち、 That is,

式9Equation 9

となる。d0(m/t)は、酸素の成品1トン当たりの物質量を、標準状態(0℃,1atm)の気体体積に換算したものである。 It becomes. d0 (m 3 / t) is obtained by converting the amount of substance per ton of oxygen product into a gas volume in a standard state (0 ° C., 1 atm).

ここで、M点での還元ガスと固定の温度差、つまり、Tg,M−Ts,Mは0と考えてよい。炉体からの熱損失が評価されている場合、熱損失としての−Q(J/t−DRI)(Q≧0)はM点より下の部分で生じるものとする。各化学種の生成エンタルピーを以下のように表す。
(還元ガスについて)
CO生成エンタルピー:ΔHf g1 (J/Nm
CO生成エンタルピー:ΔHf g2 (J/Nm
生成エンタルピー:ΔHf g3 (J/Nm
O(g)生成エンタルピー:ΔHf g4 (J/Nm
生成エンタルピー:ΔHf g5 (J/Nm
(原料について)
Fe生成エンタルピー:ΔHf s1(J/kg)
Fe生成エンタルピー:ΔHf s2(J/kg)
FeO1.05生成エンタルピー:ΔHf s3 (J/kg)
Fe生成エンタルピー:ΔHf s4(J/kg)
CaO生成エンタルピー:ΔHf s5(J/kg)
SiO生成エンタルピー:ΔHf s6(J/kg)
Al生成エンタルピー:ΔHf s7(J/kg)
MgO生成エンタルピー:ΔHf s8(J/kg)
また、熱容量(定圧比熱)について以下のように温度の関数として表せるものとする。
(還元ガスについて)
CO熱容量:Cpg1(T)(J/Nm.K)
CO熱容量:Cpg2(T)(J/Nm.K)
熱容量:Cpg3(T)(J/Nm.K)
O(g)熱容量:Cpg4(T)(J/Nm.K)
熱容量:Cpg5(T)(J/Nm.K)
(原料について)
Fe熱容量:Cps1(T)(J/kg.K)
Fe熱容量:Cps2(T)(J/kg.K)
FeO1.05熱容量:Cps3(T)(J/kg.K)
Fe熱容量:Cps4(T)(J/kg.K)
CaO熱容量:Cps5(T)(J/kg.K)
SiO熱容量:Cps6(T)(J/kg.K)
Al熱容量:Cps7(T)(J/kg.K)
MgO熱容量:Cps8(T)(J/kg.K)
ここで送風ガス及び成品とM点の間で、(入熱量)=(出熱量)として熱収支をとると、次式が得られる。
Here, temperature difference between the fixed and the reducing gas at the point M, i.e., T g, M -T s, M may be considered as zero. When the heat loss from the furnace body is evaluated, -Q (J / t-DRI) (Q ≧ 0) as the heat loss is assumed to occur in a portion below the M point. The generation enthalpy of each chemical species is expressed as follows.
(About reducing gas)
CO production enthalpy: ΔHf 0 g1 (J / Nm 3 )
CO 2 production enthalpy: ΔHf 0 g2 (J / Nm 3 )
H 2 production enthalpy: ΔHf 0 g3 (J / Nm 3 )
H 2 O (g) generation enthalpy: ΔHf 0 g4 (J / Nm 3 )
N 2 generation enthalpy: ΔHf 0 g5 (J / Nm 3 )
(About raw materials)
Fe 2 O 3 production enthalpy: ΔHf 0 s1 (J / kg)
Fe 3 O 4 production enthalpy: ΔHf 0 s2 (J / kg)
FeO 1.05 formation enthalpy: ΔHf 0 s3 (J / kg)
Fe generation enthalpy: ΔHf 0 s4 (J / kg)
CaO generation enthalpy: ΔHf 0 s5 (J / kg)
SiO 2 production enthalpy: ΔHf 0 s6 (J / kg)
Al 2 O 3 production enthalpy: ΔHf 0 s7 (J / kg)
MgO production enthalpy: ΔHf 0 s8 (J / kg)
Further, the heat capacity (constant pressure specific heat) can be expressed as a function of temperature as follows.
(About reducing gas)
CO heat capacity: Cp g1 (T) (J / Nm 3 .K)
CO 2 heat capacity: Cp g2 (T) (J / Nm 3 .K)
H 2 heat capacity: Cp g3 (T) (J / Nm 3 .K)
H 2 O (g) heat capacity: Cp g4 (T) (J / Nm 3 .K)
N 2 heat capacity: Cp g5 (T) (J / Nm 3 .K)
(About raw materials)
Fe 2 O 3 heat capacity: Cp s1 (T) (J / kg.K)
Fe 3 O 4 heat capacity: Cp s2 (T) (J / kg.K)
FeO 1.05 heat capacity: Cp s3 (T) (J / kg.K)
Fe heat capacity: Cp s4 (T) (J / kg.K)
CaO heat capacity: Cp s5 (T) (J / kg.K)
SiO 2 heat capacity: Cp s6 (T) (J / kg.K)
Al 2 O 3 heat capacity: Cp s7 (T) (J / kg.K)
MgO heat capacity: Cp s8 (T) (J / kg.K)
Here, when the heat balance is taken as (heat input) = (heat output) between the blown gas and the product and the point M, the following equation is obtained.

式10Equation 10

ここで、Tは、一般的に、基準となる温度で任意の値を与えられるが、ここでは熱力学の分野において基準状態の温度として一般的に用いられている298Kを用いる。 Here, T 0 is generally given an arbitrary value at a reference temperature, but here, 298K, which is generally used as a reference state temperature in the field of thermodynamics, is used.

また、M点について水性ガスシフト反応である下記(11)式の平衡が成立していると仮定すると、その平衡定数Kw=[CO][H]/[CO][HO]は、熱力学の手法でガス温度Tg,Mから求めることができる。 Further, assuming that the equilibrium of the following equation (11) that is a water gas shift reaction is established at the M point, the equilibrium constant Kw = [CO 2 ] [H 2 ] / [CO] [H 2 O] is It can be obtained from the gas temperature Tg , M by a thermodynamic method.

式11Equation 11

よって、水性ガスシフト反応によるCOおよびHOの消費量とCOおよびHの生成量は等しいのでこれをdWとおき、 Therefore, the consumption amount of CO and H 2 O by the water gas shift reaction is equal to the generation amount of CO 2 and H 2 , so this is set as dW,

式12Formula 12

式13Equation 13

式14Equation 14

式15Equation 15

とすると、(10)式および下記(16)式 Then, equation (10) and equation (16) below

式16Equation 16

を満たすように、Ts,MおよびdWを求めればよい。例えば、Newton−Raphson法や二分法などの数値計算手法で求めることができる。 T s, M and dW may be obtained so as to satisfy the above. For example, it can be obtained by a numerical calculation method such as a Newton-Raphson method or a bisection method.

ステップS4において、ガス温度Tg,Mにおける平衡ガス利用率ηを推定する。Meq点(平衡制約におけるM点)での平衡ガス利用率ηは、M点でのガス温度(Tg,M又はTs,M)に基づき、以下の算出式から求めることができる。 In step S4, the equilibrium gas utilization rate η E at the gas temperature T g, M is estimated. The equilibrium gas utilization rate η E at the Meq point (M point in the equilibrium constraint) can be obtained from the following calculation formula based on the gas temperature (T g, M or T s, M ) at the M point.

式17Equation 17

の平衡定数KCO(T)=[CO]/[CO]と、 Equilibrium constant K CO (T) = [CO 2 ] / [CO]

式18Equation 18

の平衡定数KH2(T)=[HO]/[H]を、以下の式(19)に代入することによって、平衡ガス利用率ηを求めることができる。
なお、式17及び式18の係数は、CO、CO、H及びH0の係数を1とするために与えた。
By substituting the equilibrium constant K H2 (T) = [H 2 O] / [H 2 ] into the following equation (19), the equilibrium gas utilization factor η E can be obtained.
The coefficient of formula 17 and formula 18, gave CO, and coefficient of CO 2, H 2 and H 2 0 to 1.

式19Equation 19

なお、平衡定数は、M点でのガス温度Tg,Mに基づき、例えば、公知文献の熱力学データなどから計算することができる。図7(c)は、平衡ガス利用率ηを模式的に示している。 Note that the equilibrium constant can be calculated based on the gas temperature Tg, M at the point M , for example, from thermodynamic data in a known document. FIG. 7C schematically shows the equilibrium gas utilization rate η E.

次に、Meq点での平衡ガス利用率ηと、M点でのガス利用率ηとの差分△ηを求める。 Next, a difference Δη between the equilibrium gas utilization rate η E at the Meq point and the gas utilization rate η T at the M point is obtained.

式20Equation 20

ここで、△ηは好ましくは0.02以上である。△ηが0.02以上であれば、M点とMeq点とが十分に離れて、還元粉化が確実に抑制されるため、操業を安定化させることができる。すなわち、操業線がMeq点に近づきすぎると、マグネタイトからウスタイトへの還元が停滞して、炉内に脆弱なマグネタイトの領域が広範に生成され、これが衝撃を受けることで粉化して、操業変動を引き起こす。△ηが0.02以上となるようなアクションを実施することで、このような問題を抑制することができる。なお、△ηの上限値は、特に規定しない。△ηが大きくなりすぎると、還元ガスの利用効率が下がりエネルギ効率が低下するが、エネルギ効率の向上は本願の主要な課題でないから、上限値は特に規定しない。 Here, Δη is preferably 0.02 or more. If Δη is 0.02 or more, the M point and the Meq point are sufficiently separated from each other, and reduction powdering is reliably suppressed, so that the operation can be stabilized. That is, if the operating line gets too close to the Meq point, the reduction from magnetite to wustite stagnates, and a fragile magnetite region is generated extensively in the furnace. cause. By implementing an action such that Δη is 0.02 or more, such a problem can be suppressed. The upper limit value of Δη is not specified. If Δη becomes too large, the use efficiency of the reducing gas is lowered and the energy efficiency is lowered. However, the improvement of the energy efficiency is not the main problem of the present application, and therefore the upper limit value is not particularly defined.

ここでΔηの適正値(第1の所定値に相当する)を0.02以上とした理由は、実験結果において、還元粉化により発生した粉の量を還元炉内でもっとも粉化が激しかった領域における3mm以下の重量分率(以下この値を「粉率」とする)で評価したところ、Δηが0.02以上ではほとんど有意な差が見られなかったのに対し、Δηが0.02以下では粉率の増大が顕著になったことによる。上述の第1の所定値の推奨値は、実験的検討に基づく一例である。本願発明の実施に際しては、使用している原料の還元粉化特性や当該還元炉の通気状況に応じて適宜変更されるべきものである。   Here, the reason why the appropriate value of Δη (corresponding to the first predetermined value) is set to 0.02 or more is that, in the experimental results, the amount of powder generated by reducing powdering was the most intense in the reduction furnace When evaluated by a weight fraction of 3 mm or less in the region (hereinafter, this value is referred to as “powder rate”), Δη was 0.02 while Δη was 0.02 or more, while no significant difference was observed. In the following, it is because the increase in the powder rate became remarkable. The recommended value of the first predetermined value described above is an example based on experimental examination. In carrying out the invention of the present application, it should be appropriately changed according to the reducing powdering characteristics of the raw materials used and the aeration status of the reduction furnace.

(第2実施形態)
上述の実施形態では、A点及びB点を特定して、操業線図を作成するとともに、この操業線図からM点でのガス利用率ηを求めたが、本実施形態は、操業線図を作成せずに、計算式からM点でのガス利用率ηを求める。図9は、本実施形態のフローチャートであり、実施形態1の図6に対応している。
(Second Embodiment)
In the above-described embodiment, the point A and the point B are specified and an operation diagram is created, and the gas utilization rate η T at the point M is obtained from this operation diagram. Without creating a figure, the gas utilization rate η T at the point M is obtained from the calculation formula. FIG. 9 is a flowchart of the present embodiment, and corresponds to FIG. 6 of the first embodiment.

ステップS11において、ヘマタイトに対応する第1の位置において、還元ガスのガス温度、還元ガスのガス組成毎の流量、原料の温度及び原料組成毎の重量比を取得する。ここで、第1の位置は、実施形態1のA点に対応している。したがって、還元ガスのガス温度は、実施形態1のTg,o(K)に対応しており、ガス組成毎の流量は、実施形態1のVg1,o(Nm/t‐DRI)、Vg2,o(Nm/t‐DRI)、Vg3,o(Nm/t‐DRI)、Vg4,o(Nm/t‐DRI)、Vg5,o(Nm/t‐DRI)に対応している。また、原料の温度は、実施形態1のTs,i(K)に対応しており、原料組成ごとの重量比は、実施形態1のGs1,i(kg/t−DRI)、Gs2,i(kg/t−DRI)、Gs3,i(kg/t−DRI)、Gs4,i(kg/t−DRI)、Gs5,i(kg/t−DRI)、Gs6,i(kg/t−DRI)、Gs7,i(kg/t−DRI)、Gs8,i(kg/t−DRI)に対応している。 In step S11, the gas temperature of the reducing gas, the flow rate for each gas composition of the reducing gas, the temperature of the raw material, and the weight ratio for each raw material composition are acquired at the first position corresponding to hematite. Here, the first position corresponds to point A in the first embodiment. Therefore, the gas temperature of the reducing gas corresponds to T g, o (K) of the first embodiment, and the flow rate for each gas composition is V g1, o (Nm 3 / t-DRI) of the first embodiment, V g2, o (Nm 3 / t-DRI), V g3, o (Nm 3 / t-DRI), V g4, o (Nm 3 / t-DRI), V g5, o (Nm 3 / t-DRI) ). Moreover, the temperature of the raw material corresponds to T s, i (K) of the first embodiment, and the weight ratio for each raw material composition is G s1, i (kg / t-DRI), G s2 of the first embodiment. , I (kg / t-DRI), Gs3, i (kg / t-DRI), Gs4, i (kg / t-DRI), Gs5, i (kg / t-DRI), Gs6, i (Kg / t-DRI), G s7, i (kg / t-DRI), and G s8, i (kg / t-DRI).

ステップS12において、還元鉄に対応する第2の位置において、還元ガスのガス温度、還元ガスのガス組成毎の流量、原料の温度及び原料組成毎の重量比を取得する。ここで、第2の位置は、実施形態1のB点に対応している。したがって、還元ガスのガス温度は、実施形態1のTg,i(K)に対応しており、ガス組成毎の流量は、実施形態1のVg1,i(Nm/t‐DRI)、Vg2,i(Nm/t‐DRI)、Vg3,i(Nm/t‐DRI)、Vg4,i(Nm/t‐DRI)、Vg5,i(Nm/t‐DRI)に対応している。また、原料の温度は、実施形態1のTs,o(K)に対応しており、原料組成ごとの重量比は、実施形態1のGs1,o(kg/t−DRI)、Gs2,o(kg/t−DRI)、Gs3,o(kg/t−DRI)、Gs4,o(kg/t−DRI)、Gs5,o(kg/t−DRI)、Gs6,o(kg/t−DRI)、Gs7,o(kg/t−DRI)、Gs8,o(kg/t−DRI)に対応している。ただし、ステップS11及びS12の順序は、反対であってもよい。 In step S12, the gas temperature of the reducing gas, the flow rate for each gas composition of the reducing gas, the temperature of the raw material, and the weight ratio for each raw material composition are acquired at the second position corresponding to the reduced iron. Here, the second position corresponds to point B in the first embodiment. Therefore, the gas temperature of the reducing gas corresponds to T g, i (K) of the first embodiment, and the flow rate for each gas composition is V g1, i (Nm 3 / t-DRI) of the first embodiment, V g2, i (Nm 3 / t-DRI), V g3, i (Nm 3 / t-DRI), V g4, i (Nm 3 / t-DRI), V g5, i (Nm 3 / t-DRI) ). Moreover, the temperature of the raw material corresponds to T s, o (K) of the first embodiment, and the weight ratio for each raw material composition is G s1, o (kg / t-DRI), G s2 of the first embodiment. , O (kg / t-DRI), Gs3, o (kg / t-DRI), Gs4, o (kg / t-DRI), Gs5, o (kg / t-DRI), Gs6, o (Kg / t-DRI), Gs7, o (kg / t-DRI), and Gs8, o (kg / t-DRI). However, the order of steps S11 and S12 may be reversed.

ステップS13において、還元ガス及び原料について、上述の第1及び第2の位置と、原料に含まれる全てのヘマタイトがマグネタイトに変化する第3の位置との間において、物質量バランスおよび熱収支をとることにより、第3の位置での還元ガスのガス温度Tg,Mを推定するとともに、以下の式21から第3の位置でのガス利用率ηを推定する。第3の位置は、実施形態1のM点に対応している。したがって、ガス温度Tg,Mは、実施形態1と同様の方法で算出することができる。 In step S13, with respect to the reducing gas and the raw material, a material amount balance and a heat balance are obtained between the first and second positions described above and a third position where all the hematite contained in the raw material changes to magnetite. Thus, the gas temperature Tg, M of the reducing gas at the third position is estimated, and the gas utilization rate η T at the third position is estimated from the following equation (21). The third position corresponds to point M in the first embodiment. Therefore, the gas temperature Tg, M can be calculated by the same method as in the first embodiment.

式21Equation 21

ステップS14において、ガス温度Tg,Mにおける平衡ガス利用率ηを算出する。平衡ガス利用率ηの算出方法は、実施形態1と同じであるから、説明を繰り返さない。 In step S14, the equilibrium gas utilization rate η E at the gas temperature T g, M is calculated. Since the calculation method of the equilibrium gas utilization rate η E is the same as that of the first embodiment, the description will not be repeated.

平衡ガス利用率ηと、ガス利用率ηとの差分△ηを求める点についても、実施形態1と同じであるから、説明を繰り返さない。 Since the difference Δη between the equilibrium gas utilization rate η E and the gas utilization rate η T is also the same as in the first embodiment, the description will not be repeated.

次に、△ηを増大させる方法について説明する。以下では、還元粉化による障害が生じた条件(吹込温度:1000℃,総流量:300NL/min,CO:CO:H:HO=9.0:1.0:81.0:9.0,排出条件:12kg/h,Δη=0)の結果を細線で示し、比較している。つまり、比較例では、M点およびMeq点が重なる条件で、操業している。なお、この条件での粉率は23%であった。 Next, a method for increasing Δη will be described. In the following, conditions under which trouble due to reduced powdering occurred (blowing temperature: 1000 ° C., total flow rate: 300 NL / min, CO: CO 2 : H 2 : H 2 O = 9.0: 1.0: 81.0: 9.0, discharge conditions: 12 kg / h, Δη = 0) are shown by thin lines for comparison. That is, in the comparative example, the operation is performed under the condition where the M point and the Meq point overlap. Note that the powder ratio under these conditions was 23%.

△ηを増大させるアクションとして、以下の(1)〜(4)の手段が考えられる。これらの手段は、単独で実施してもよいし、組み合わせて実施してもよい。
(1)送風ガス中のCO濃度を増大させる
送風ガス中のガス組成を、
CO:CO:H:HO=18.0:2.0:72.0:8.0に変更して、CO濃度を増大させたところ、図10に示すように、操業線及び平衡制約は細線から実線に示す位置にシフトした。その結果、△ηを0.034に増大できた。また、粉率は5.2%に減少した。CO濃度を増大させる手段として、例えば送風中に含まれるHあるいはHOを減少させたり、相対的に水素が少ない天然ガスを使用する(例えばCやCなど炭素数の多い炭化水素濃度が高い天然ガスを使用する)方法が考えられる。
As actions for increasing Δη, the following means (1) to (4) are conceivable. These means may be implemented alone or in combination.
(1) The gas composition in the blowing gas that increases the CO concentration in the blowing gas,
When CO concentration was increased by changing to CO: CO 2 : H 2 : H 2 O = 18.0: 2.0: 72.0: 8.0, as shown in FIG. The equilibrium constraint shifted from the thin line to the position shown by the solid line. As a result, Δη could be increased to 0.034. In addition, the powder rate decreased to 5.2%. As means for increasing the CO concentration, for example, H 2 or H 2 O contained in the blast is reduced, or natural gas with relatively little hydrogen is used (for example, carbon number such as C 2 H 6 and C 3 H 8). A natural gas having a high hydrocarbon concentration and a high hydrocarbon concentration).

(2)吹き込み温度を上げる
吹き込み温度を上げることで、還元が促進されガス利用率ηも増大するが、平衡ガス利用率ηの増大量が相対的に大きくなるため、結果的に△ηは増大する。図11(a)の例では、吹き込み温度を+100K上昇させることで、△ηが0.008増大した。この時の粉率は14.1%であった。図11(b)の例では、吹き込み温度を+150K上昇させることで、△ηが0.037増大した。この時の粉率は5.1%であった。図11(c)の例では、吹き込み温度を+200K上昇させることで、△ηが0.096増大した。この時の粉率は4.6%であった。吹き込み温度は、送風ガス吹き込み時の加熱熱量を増大させことにより、昇温することができる。
(2) Increasing the blowing temperature By raising the blowing temperature, the reduction is promoted and the gas utilization rate η T is also increased. However, since the increase amount of the equilibrium gas utilization rate η E is relatively large, as a result, Δη Will increase. In the example of FIG. 11A, Δη increased by 0.008 by increasing the blowing temperature by + 100K. The powder rate at this time was 14.1%. In the example of FIG. 11B, Δη increased by 0.037 by increasing the blowing temperature by + 150K. The powder rate at this time was 5.1%. In the example of FIG. 11C, Δη increased by 0.096 by increasing the blowing temperature by + 200K. The powder rate at this time was 4.6%. The blowing temperature can be raised by increasing the amount of heat for heating the blowing gas.

(3)成品排出速度を減少あるいは送風速度を増大させる。
成品排出速度を減少あるいは送風速度を増大させることにより、還元鉄単位量あたり吹き込まれる送風量である送風原単位が増大して、持込顕熱として熱供給量が相対的に増大するので、平衡ガス利用率ηが増加する。さらに、操業線の傾きが大きくなり、ガス利用率ηが減少する。図12の例では、送風速度のみを25%増大させることで、△ηが0.037増大した。この時の粉率は5.4%まで減少した。成品排出速度は、公知の方法で制御することができる。また、送風速度は、送風量を増大する処理を実施することにより、増速することができる。
(3) Decrease product discharge speed or increase air blowing speed.
By reducing the product discharge speed or increasing the air blowing speed, the air blowing basic unit, which is the air blowing amount per reduced iron unit amount, increases and the heat supply amount relatively increases as brought-in sensible heat. Gas utilization rate η E increases. Furthermore, the slope of the operation line increases and the gas utilization rate η T decreases. In the example of FIG. 12, Δη increased by 0.037 by increasing only the air blowing speed by 25%. The powder rate at this time decreased to 5.4%. The product discharge rate can be controlled by a known method. Further, the air blowing speed can be increased by performing a process for increasing the air blowing amount.

(4)送風速度及び成品排出速度を等比率で増大
送風速度と成品排出速度を等比率で増大させることにより、成品還元率が減少するため、M点での到達ガス利用率が低下する(ガス利用率ηが低下する)。図13の例では、送風速度及び成品排出速度をとも20%増大させたところ、Δηが0.02増大した。この時の粉率は6.2%であった。
(4) Increasing the blowing speed and the product discharge speed by an equal ratio By increasing the blowing speed and the product discharge speed by an equal ratio, the product reduction rate decreases, so the ultimate gas utilization rate at point M decreases (gas The utilization factor η T decreases). In the example of FIG. 13, Δη increased by 0.02 when both the blowing speed and the product discharge speed were increased by 20%. The powder rate at this time was 6.2%.

(他の実施形態)
△ηが第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きい場合、△ηが第1の所定値よりも小さくならない条件下で、△ηを減少させるアクションを実施してもよい。例えば、△ηが0.1である場合、送風ガスのエネルギ効率が悪いため、△ηを減少させるアクションを実施するとよい。上述の第2の所定値は、エネルギ効率の目標値に基づき、適宜設定することができる。△ηは、上記(1)〜(4)のアクションとは逆のアクションを実施することで、減少する。これにより、還元粉化を抑制しながら、エネルギ効率を高めることができる。
(Other embodiments)
When Δη is larger than a second predetermined value that is larger than the first predetermined value, an action for decreasing Δη may be performed under the condition that Δη does not become smaller than the first predetermined value. For example, when Δη is 0.1, since the energy efficiency of the blown gas is poor, an action for reducing Δη may be performed. The second predetermined value described above can be set as appropriate based on the target value of energy efficiency. Δη is reduced by performing an action opposite to the actions (1) to (4). Thereby, energy efficiency can be improved, suppressing reduction | restoration powdering.

1 シャフト炉
11 ガス排出口
12 ガス吹き込み口
13 還元鉄排出口
1 Shaft furnace 11 Gas outlet 12 Gas inlet 13 Reduced iron outlet

Claims (6)

水素を主体とした還元ガスを用いて還元鉄を製造するシャフト炉方式の直接還元方法であって、
吹き込まれる還元ガスと装入される原料の物質収支によって決定される酸素交換線図上の操業線情報を、ヘマタイトのO/Fe及びガス排出口における還元ガスのガス組成から特定されるA点と、還元鉄を排出する排出口における還元鉄組成及び還元ガスのガス流入口におけるガス組成から特定されるB点とに基づき取得する第1のステップと、
前記操業線に基づき、原料に含まれるヘマタイトが全てマグネタイトに変化するM点でのガス利用率ηを推定する第2のステップと、
還元ガス及び原料について、前記M点と、前記A点及び前記B点との間の物質量バランス及び熱収支をとることにより、前記M点での還元ガスのガス温度Tg,Mを推定するとともに、このガス温度Tg,Mに基づき、以下の式Aから平衡ガス利用率ηを推定する第3のステップと、
平衡ガス利用率ηからガス利用率ηを減じた△ηが、還元粉化抑制の観点から定められる第1の所定値よりも小さい場合に、前記△ηを前記第1の所定値よりも増大させるアクションを実施する第4のステップと、
を有することを特徴とする直接還元方法。
[式A]
・・・・・・(式A)
ただし、KCO(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+CO=(3/0.85)FeO1.05+COの平衡定数であり、
H2(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+H=(3/0.85)FeO1.05+HOの平衡定数であり、
g1,M前記M点での還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g2,M前記M点での還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g3,M前記M点での還元ガスに含まれるHの流量であり、
g4,M前記M点での還元ガスに含まれるHOの流量であり、
s,M:前記M点での原料の温度であり、前記Tg,Mと同じである。
A shaft furnace type direct reduction method for producing reduced iron using a reducing gas mainly composed of hydrogen,
The operating line information on the oxygen exchange diagram determined by the reducing gas to be blown and the material balance of the raw material charged is point A specified from the O / Fe of hematite and the gas composition of the reducing gas at the gas outlet. A first step of obtaining based on the reduced iron composition at the outlet for discharging reduced iron and the B point specified from the gas composition at the gas inlet of the reducing gas;
A second step of estimating a gas utilization rate η T at point M where all of the hematite contained in the raw material changes to magnetite based on the operating line;
For the reducing gas and the raw material, the gas temperature Tg, M of the reducing gas at the point M is estimated by taking the mass balance and the heat balance between the point M and the points A and B. And a third step of estimating the equilibrium gas utilization factor η E from the following equation A based on the gas temperatures T g, M :
Equilibrium gas utilization ratio eta △ eta minus gas utilization rate eta T from E is smaller than the first predetermined value determined from the viewpoint of reduction degradation suppressing, the △ eta than the first predetermined value A fourth step of performing an action that also increases
A direct reduction method comprising:
[Formula A]
・ ・ ・ ・ ・ ・ (Formula A)
Where K CO (T) is an equilibrium constant of (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + CO = (3 / 0.85) FeO 1.05 + CO 2 corresponding to the gas temperature T g, M ,
K H2 (T): (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + H 2 = (3 / 0.85) FeO 1.05 + H 2 O corresponding to the gas temperature T g, M
V g1, M : the flow rate of CO contained in the reducing gas at the point M ,
V g2, M : the flow rate of CO 2 contained in the reducing gas at the M point ,
V g3, M is the flow rate of H 2 contained in the reducing gas at point M ,
V g4, M : the flow rate of H 2 O contained in the reducing gas at the M point ,
T s, M : The temperature of the raw material at the M point, which is the same as the T g, M.
前記△ηが前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きい場合に、前記△ηを減少させるアクションを実施することにより、前記△ηを前記第1の所定値に接近させることを特徴とする請求項1に記載の直接還元方法。   When the Δη is larger than a second predetermined value that is larger than the first predetermined value, the Δη is brought closer to the first predetermined value by performing an action to decrease the Δη. The direct reduction method according to claim 1, wherein: 前記第4のステップにおいて、
前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスのCO濃度を増大させる第1のアクション、
前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの温度を上昇させる第2のアクション、還元鉄の排出速度を減速、或いは前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度を増速する第3のアクション、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度及び還元鉄の排出速度を等比率で増大する第4のアクションのうち少なくとも一つのアクションを実施することを特徴とする請求項1に記載の直接還元方法。
In the fourth step,
A first action for increasing the CO concentration of the reducing gas blown from the gas inlet;
A second action for increasing the temperature of the reducing gas blown from the gas inlet, a third action for reducing the reduced iron discharge speed, or increasing the blowing speed of the reducing gas blown from the gas inlet, 2. The direct reduction method according to claim 1, wherein at least one of the fourth actions of increasing the blowing speed of the reducing gas blown from the gas inlet and the discharging speed of the reduced iron at an equal ratio is performed. .
原料をシャフト炉内で降下させながら、水素を主体とした還元ガスを用いて、ヘマタイトからマグネタイトに、マグネタイトから還元鉄に順次還元するシャフト炉方式の直接還元方法であって、
ヘマタイトに対応する第1の位置において、還元ガスのガス温度、還元ガスのガス組成毎の流量、原料の温度及び原料組成毎の重量比、を取得する第1のステップと、
還元鉄に対応する第2の位置において、還元ガスのガス温度、還元ガスのガス組成毎の流量、原料の温度及び原料組成毎の重量比、を取得する第2のステップと、
還元ガス及び原料について、前記第1及び第2の位置と、原料に含まれる全てのヘマタイトがマグネタイトに変化する第3の位置との間において、物質量バランスおよび熱収支をとることにより、前記第3の位置での還元ガスのガス温度Tg,Mを推定するとともに、以下の式Bから前記第3の位置でのガス利用率ηを推定する第3のステップと、
推定されたガス温度Tg,Mに基づき、以下の式Cから平衡ガス利用率ηを推定する第4のステップと、
平衡ガス利用率ηからガス利用率ηを減じた△ηが、還元粉化抑制の観点から定められる第1の所定値よりも小さい場合に、前記△ηを前記第1の所定値よりも増大させるアクションを実施する第5のステップと、
を有することを特徴とする直接還元方法。
[式B]
η= (Vg2,i+Vg4,i+dO)/(Vg1,i+Vg2,i+Vg3,i+Vg4,i)×100・・・・・・・・・・・・(式B)
[式C]
・・・・・・(式C)
ただし、d0:酸素の還元鉄1トン当たりの物質量を、標準状態(0℃,1atm)の気体体積に換算したものであり、
g1,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g2,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるCO の流量であり、
g3,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるH の流量であり、
g4,i :前記第2の位置における還元ガスに含まれるH Oの流量であり、
CO(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+CO=(3/0.85)FeO1.05+COの平衡定数であり、
H2(T):ガス温度Tg,Mに対応する(1/0.85)Fe+H=(3/0.85)FeO1.05+HOの平衡定数であり、
g1,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g2,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるCOの流量であり、
g3,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるHの流量であり、
g4,M前記第3の位置における還元ガスに含まれるHOの流量であり、
s,M:前記前記第3の位置(M点での原料の温度であり、前記Tg,Mと同じである。
It is a direct reduction method of the shaft furnace type in which the raw material is lowered in the shaft furnace, using a reducing gas mainly composed of hydrogen, and sequentially reduced from hematite to magnetite and from magnetite to reduced iron.
In a first position corresponding to hematite, a first step of obtaining a gas temperature of the reducing gas, a flow rate for each gas composition of the reducing gas, a temperature of the raw material, and a weight ratio for each raw material composition;
A second step for obtaining a gas temperature of the reducing gas, a flow rate for each gas composition of the reducing gas, a temperature of the raw material and a weight ratio for each raw material composition at a second position corresponding to the reduced iron;
With respect to the reducing gas and the raw material, the first and second positions and the third position where all the hematite contained in the raw material changes to magnetite are balanced, so that the first A third step of estimating the gas temperature T g, M of the reducing gas at the position 3 and estimating the gas utilization rate η T at the third position from the following equation B:
A fourth step of estimating an equilibrium gas utilization rate η E from the following equation C based on the estimated gas temperatures T g, M :
Equilibrium gas utilization ratio eta △ eta minus gas utilization rate eta T from E is smaller than the first predetermined value determined from the viewpoint of reduction degradation suppressing, the △ eta than the first predetermined value A fifth step of performing an increasing action,
A direct reduction method comprising:
[Formula B]
η T = (V g2, i + V g4, i + dO) / (V g1, i + V g2, i + V g3, i + V g4, i ) × 100 (formula B )
[Formula C]
・ ・ ・ ・ ・ ・ (Formula C)
However, d0: The amount of oxygen per ton of reduced iron is converted to the gas volume in the standard state (0 ° C., 1 atm),
V g1, i is the flow rate of CO contained in the reducing gas at the second position,
V g2, i : the flow rate of CO 2 contained in the reducing gas at the second position ,
V g3, i is the flow rate of H 2 contained in the reducing gas at the second position ,
V g4, i is the flow rate of H 2 O contained in the reducing gas at the second position ,
K CO (T): Equilibrium constant of (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + CO = (3 / 0.85) FeO 1.05 + CO 2 corresponding to gas temperature T g, M
K H2 (T): (1 / 0.85) Fe 3 O 4 + H 2 = (3 / 0.85) FeO 1.05 + H 2 O corresponding to the gas temperature T g, M
V g1, M is the flow rate of CO contained in the reducing gas at the third position ,
V g2, M : the flow rate of CO 2 contained in the reducing gas at the third position ,
V g3, M is the flow rate of H 2 contained in the reducing gas at the third position ,
V g4, M : the flow rate of H 2 O contained in the reducing gas at the third position ,
T s, M : The temperature of the raw material at the third position ( point M ) , which is the same as T g, M.
前記△ηが前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きい場合に、前記△ηを減少させるアクションを実施することにより、前記△ηを前記第1の所定値に接近させることを特徴とする請求項4に記載の直接還元方法。   When the Δη is larger than a second predetermined value that is larger than the first predetermined value, the Δη is brought closer to the first predetermined value by performing an action to decrease the Δη. The direct reduction method according to claim 4. 前記第5のステップにおいて、
前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスのCO濃度を増大させる第1のアクション、
前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの温度を上昇させる第2のアクション、還元鉄の排出速度を減速、或いは前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度を増速する第3のアクション、前記ガス流入口から吹き込まれる還元ガスの送風速度及び還元鉄の排出速度を等比率で増大する第4のアクションのうち少なくとも一つのアクションを実施することを特徴とする請求項4に記載の直接還元方法。
In the fifth step,
A first action for increasing the CO concentration of the reducing gas blown from the gas inlet;
A second action for increasing the temperature of the reducing gas blown from the gas inlet, a third action for reducing the reduced iron discharge speed, or increasing the blowing speed of the reducing gas blown from the gas inlet, 5. The direct reduction method according to claim 4, wherein at least one of the fourth actions of increasing the blowing speed of the reducing gas blown from the gas inlet and the discharging speed of the reduced iron at an equal ratio is performed. .
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