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JP6954255B2 - Calculation method of mixing ratio of ferro-coke and blast furnace operation method - Google Patents
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Calculation method of mixing ratio of ferro-coke and blast furnace operation method Download PDF

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Description

本発明は、高炉内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率を算出する算出方法および当該鉱石層におけるフェロコークスの混合率が目標値になるように鉱石およびフェロコークスの装入方法を調整する高炉操業方法に関する。 The present invention adjusts the calculation method for calculating the mixing ratio of ferrocoke in the ore layer deposited in the blast furnace and the charging method for ore and ferrocoke so that the mixing ratio of ferrocoke in the ore layer becomes a target value. Regarding the operation method of the blast furnace.

高炉の還元材比を低下させるには、高炉原料としてフェロコークスを使用し、フェロコークスを用いることによる高炉の熱保存帯温度低下効果を利用する方法が有効である。石炭と鉄鉱石とを混合して成型した成型物を乾留して製造されるフェロコークスは、高い反応性を有するので焼結鉱の還元が促進されるとともに、一部還元された鉄鉱石が含まれているので高炉の熱保存帯温度を下げることができ、還元材比を低減できる。 In order to reduce the reducing agent ratio of the blast furnace, it is effective to use ferro-coke as a raw material for the blast furnace and to utilize the effect of lowering the temperature of the heat storage zone of the blast furnace by using the ferro-coke. Ferrocoke, which is produced by carbonizing a molded product obtained by mixing coal and iron ore, has high reactivity, which promotes the reduction of sintered ore and contains partially reduced iron ore. Therefore, the temperature of the heat storage zone of the blast furnace can be lowered, and the ratio of reducing agents can be reduced.

フェロコークスを用いた高炉操業方法としては、鉱石とフェロコークスとを混合して高炉の炉内に装入する方法が挙げられる。フェロコークスは、下記式(1)に示すCOガスとの反応性が石炭を乾留して製造される冶金用コークスよりも高い。下記式(1)の反応は、下記式(2)に示す鉱石の還元で生成したCOを、還元力を有するCOガスに再生する反応といえる。 Examples of the blast furnace operation method using ferro-coke include a method in which ore and ferro-coke are mixed and charged into the furnace of the blast furnace. Ferrocoke has higher reactivity with CO 2 gas represented by the following formula (1) than coke for metallurgy produced by carbonizing coal. The reaction of the following formula (1) can be said to be a reaction of regenerating CO 2 produced by the reduction of the ore represented by the following formula (2) into a CO gas having a reducing power.

CO+C→2CO ・・・(1) CO 2 + C → 2CO ・ ・ ・ (1)

FeO+CO→Fe+CO・・・(2) FeO + CO → Fe + CO 2 ... (2)

従って、上記式(2)の反応によってCOガス濃度が高められた領域において上記式(1)の反応が速やかに起これば、COガスが還元力を有するCOガスに速やかに再生されるので鉱石の還元が促進される。 Therefore, if the reaction of the above formula (1) occurs promptly in the region where the CO 2 gas concentration is increased by the reaction of the above formula (2) , the CO 2 gas is rapidly regenerated into a CO gas having a reducing power. Therefore, the reduction of ore is promoted.

フェロコークスによる鉱石の還元促進効果を十分に発現させるには、高炉の径方向における鉱石とフェロコークスの混合状態が重要になる。一般的に高炉では通気性を確保するため、炉中心側にコークスを多く配置してガスの抜け道を確保することで操業の安定化を図っている。コークスが多く配置された場所では鉱石が少ないので、フェロコークスを配置しても、上記式(1)の反応によって再生されたCOガスが鉱石の還元に使用されることなくそのまま炉頂に到達し、炉外へと排出されてしまう。上記式(1)の反応は吸熱反応であるので、再生したCOガスが鉱石の還元に使われなければ炉内温度が低下し、その分の熱量を補填するため、還元材比を高めることが必要になる。従って、フェロコークスの効果を十分に発現させるには、鉱石に対するフェロコークスの混合率がなるべく均一になるようにフェロコークスを装入することが重要となる。 In order to fully exhibit the effect of promoting the reduction of ore by ferro-coke, the mixed state of ore and ferro-coke in the radial direction of the blast furnace is important. Generally, in a blast furnace, in order to ensure air permeability, a large amount of coke is placed on the center side of the furnace to secure a gas escape route to stabilize the operation. Since there is little ore in the place where a lot of coke is placed, even if ferro-coke is placed, the CO gas regenerated by the reaction of the above formula (1) reaches the furnace top as it is without being used for the reduction of the ore. , It will be discharged to the outside of the furnace. Since the reaction of the above formula (1) is an endothermic reaction, if the regenerated CO gas is not used for the reduction of the ore, the temperature in the furnace will decrease and the amount of heat will be compensated for, so that the ratio of the reducing agent can be increased. You will need it. Therefore, in order to fully exhibit the effect of ferro-coke, it is important to charge the ferro-coke so that the mixing ratio of the ferro-coke with respect to the ore is as uniform as possible.

特許文献1には、鉱石中にフェロコークスを均一に混合させることが好ましいことが開示されている。特許文献1によれば、鉱石とフェロコークスとを均一に混合して装入することで、鉱石とフェロコークスとを別々に装入した場合より還元材比を低減できることが開示されている。 Patent Document 1 discloses that it is preferable to uniformly mix ferro-coke in the ore. According to Patent Document 1, it is disclosed that by uniformly mixing and charging the ore and the ferro-coke, the ratio of the reducing agent can be reduced as compared with the case where the ore and the ferro-coke are charged separately.

特許文献2には、所定量のフェロコークスを所定の層高方向および径方向の位置に混合することで、鉱石中にフェロコークスを均一に混合させた場合よりも還元材比を低減できることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that by mixing a predetermined amount of ferrocoke at a predetermined layer height direction and radial position, the reducing agent ratio can be reduced as compared with the case where the ferrocoke is uniformly mixed in the ore. Has been done.

特許文献3には、炉頂バンカーから排出されたフェロコークスと鉱石とからなる混合原料の質量変化速度と体積変化速度とを用いて、炉頂バンカーから排出された混合原料のフェロコークスの混合度を算出できることが開示されている。 In Patent Document 3, the mixing degree of the ferro-coke of the mixed raw material discharged from the furnace top bunker is used by using the mass change rate and the volume change rate of the mixed raw material composed of the ferro-coke and the ore discharged from the furnace top bunker. It is disclosed that can be calculated.

特開2006−28594号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-28594 特開2011−162845号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-162845 特開2018−70898号公報JP-A-2018-70898

特許文献1によれば、フェロコークスを鉱石中に均一に混合させることが好ましいとされているものの、鉱石中にフェロコークスを均一に混合させる方法や、鉱石中にフェロコークスを均一に混合できたか否かを確認する方法は開示されていない。 According to Patent Document 1, it is preferable to uniformly mix ferro-coke in the ore, but a method of uniformly mixing the ferro-coke in the ore and whether the ferro-coke could be uniformly mixed in the ore? The method of confirming whether or not it is not disclosed.

特許文献2によれば、所定量のフェロコークスを所定の層高方向および径方向の位置に混合することで還元材比を低減できるとされている。しかしながら、通常、フェロコークスは鉱石よりも粒径が大きいので、炉内堆積時に粒度偏析が起こり所定量のフェロコークスが狙った位置に混合されていない可能性がある。また、鉱石の粒度は操業中に逐次変化するので、これに応じて粒度偏析の度合いも変化し、フェロコークスの混合率分布も変化する。このように、フェロコークスの混合率分布は操業中に変化し得るので、高炉の炉内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率を確認できないと、継続して還元材比を低減する効果が得られない。 According to Patent Document 2, the reducing agent ratio can be reduced by mixing a predetermined amount of ferro-coke at a predetermined layer height direction and radial position. However, since ferrocoke usually has a larger particle size than ore, there is a possibility that particle size segregation occurs during in-core deposition and a predetermined amount of ferrocoke is not mixed at the target position. In addition, since the particle size of the ore changes sequentially during operation, the degree of particle size segregation also changes accordingly, and the mixing ratio distribution of ferro-coke also changes. In this way, the mixing ratio distribution of ferro-cokes can change during operation, so if the mixing ratio of ferro-cokes in the ore layer deposited in the furnace of the blast furnace cannot be confirmed, the effect of continuously reducing the reducing material ratio can be obtained. I can't get it.

特許文献3によれば、炉頂バンカーから排出されたフェロコークスと鉱石とからなる混合原料の混合度を推定できるとされている。しかしながら、上述したように高炉の炉内堆積時に粒度偏析が起こるので、この方法では炉内に堆積した鉱石層の混合率を算出できない。本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、炉内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率を算出できる算出方法を提供すること、および、当該混合率が予め定められた混合率になるように鉱石に対するフェロコークスの装入方法を調整する高炉操業方法を提供することにある。 According to Patent Document 3, it is said that the mixing degree of the mixed raw material composed of ferro-coke and ore discharged from the furnace top bunker can be estimated. However, as described above, since particle size segregation occurs during the deposition in the furnace of the blast furnace, the mixing ratio of the ore layer deposited in the furnace cannot be calculated by this method. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a calculation method capable of calculating the mixing ratio of ferrocokes in an ore layer deposited in a furnace, and to determine the mixing ratio in advance. The purpose of the present invention is to provide a blast furnace operation method for adjusting the method of charging ferro-coke into the ore so as to obtain the desired mixing ratio.

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
[1]高炉に、コークスとフェロコークスとが混合された鉱石とを交互に装入し、高炉内に交互に形成されたコークス層と鉱石層のうち、前記鉱石層におけるフェロコークスの混合率の算出方法であって、前記高炉の炉内ガスおよび炉頂ガスのうち少なくとも一方のCOガス利用率とHガス利用率を測定し、前記COガス利用率およびHガス利用率を用いて前記鉱石層のフェロコークスの混合率を算出する、フェロコークスの混合率の算出方法。
[2]前記高炉の半径方向の複数位置における炉内ガスおよび炉頂ガスのうち少なくとも一方のCOガス利用率およびHガス利用率を用いて、前記複数位置における鉱石層のフェロコークスの混合率を算出する[1]に記載のフェロコークスの混合率の算出方法。
[3]コークスとフェロコークスとが混合された鉱石と、を交互に装入する高炉操業方法であって、[2]に記載のフェロコークスの混合率の算出方法で算出された前記複数位置における鉱石層のフェロコークスの混合率が予め定められた混合率になるように前記鉱石と前記フェロコークスの装入方法を調整する、高炉操業方法。
The features of the present invention for solving such a problem are as follows.
[1] The blast furnace is alternately charged with ore in which coke and ferro-coke are mixed, and among the coke layers and ore layers alternately formed in the blast furnace, the mixing ratio of ferro-coke in the ore layer In the calculation method, the CO gas utilization rate and the H 2 gas utilization rate of at least one of the in-furnace gas and the furnace top gas of the blast furnace are measured, and the CO gas utilization rate and the H 2 gas utilization rate are used. A method for calculating the mixing ratio of ferro-coke, which calculates the mixing ratio of ferro-coke in the ore layer.
[2] using at least one of CO gas utilization rate and H 2 gas utilization rate of the furnace gas and the top gas at a plurality of positions in the radial direction of the blast furnace, the mixing ratio of the ferro coke ore layer in said plurality of positions The method for calculating the mixing ratio of ferro-coke according to [1].
[3] A blast furnace operating method in which ore in which coke and ferro-coke are mixed is alternately charged, and at the plurality of positions calculated by the method for calculating the mixing ratio of ferro-coke according to [2]. A blast furnace operating method for adjusting the charging method of the ore and the ferrocoke so that the mixing ratio of the ferrocoke in the ore layer becomes a predetermined mixing ratio.

本発明によれば、高炉の炉内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率を算出できる。また、半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率を算出することで、鉱石に対するフェロコークスの装入方法をどのように調整すれば予め定められたフェロコークスの混合率にできるか把握できるので、当該装入方法に調整して半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率を予め定められた目標とする混合率にすることができる。 According to the present invention, the mixing ratio of ferro-coke in the ore layer deposited in the furnace of the blast furnace can be calculated. In addition, by calculating the mixing ratio of ferro-coke at multiple positions in the radial direction, it is possible to understand how to adjust the charging method of ferro-coke for ore to obtain a predetermined mixing ratio of ferro-coke. By adjusting to the charging method, the mixing ratio of ferro-coke at a plurality of positions in the radial direction can be set to a predetermined target mixing ratio.

本発明の概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the concept of this invention. シフト平衡温度が700℃および750℃の各ガス組成における等温線と、実操業における炉頂ガスのηCO、ηH2の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the isotherms in each gas composition of shift equilibrium temperature of 700 degreeC and 750 degreeC, and η CO , η H2 of the furnace top gas in actual operation. フェロコークスの混合率と、シフト平衡温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mixing ratio of ferrocoke and the shift equilibrium temperature. 高炉10の炉頂バンカー24周辺の構成を示す断面模式図である。It is sectional drawing which shows the structure around the furnace top bunker 24 of the blast furnace 10. 実施例における各期間のフェロコークス混合率の推移を示すグラフである。It is a graph which shows the transition of the ferro-coke mixing ratio in each period in an Example. 実施例における各期間の還元材比の推移を示すグラフである。It is a graph which shows the transition of the reducing agent ratio in each period in an Example. 実施例における各期間の平均ηCOを示すグラフである。It is a graph which shows the average η CO of each period in an Example. 実施例における各期間の平均ηH2を示すグラフである。It is a graph which shows the average η H2 of each period in an Example. 実施例における各期間のシフト平衡温度を示すグラフである。It is a graph which shows the shift equilibrium temperature of each period in an Example. 比較例2における半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率を示すグラフである。It is a graph which shows the mixing ratio of ferrocoke at a plurality of positions in a radial direction in the comparative example 2. 発明例における半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率を示すグラフである。It is a graph which shows the mixing ratio of ferrocoke at a plurality of positions in a radial direction in an example of an invention.

まず、本発明をするに至った経緯について説明する。図1は本発明の概念を示す模式図である。高炉10の炉内では、以下の式(3)に示す水性ガスシフト反応が起こっており、本反応の平衡状態は高温になるほど反応物側に移動し、低温になるほど生成物側に移動する。 First, the background to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of the present invention. In the furnace of the blast furnace 10, the water-gas shift reaction represented by the following formula (3) occurs, and the equilibrium state of this reaction moves to the reactant side as the temperature rises and moves to the product side as the temperature rises.

Figure 0006954255
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式(3)反応は、高炉の炉内ではほぼ平衡に達していると考えられるが、式(3)の反応が平衡に達する温度によって炉頂ガスの組成が変化する。式(3)反応の平衡定数K(‐)は式(4)で与えられることが知られている。ここで、式(4)を変換すると平衡温度T(℃)が式(5)により得られる。また、平衡定数Kは、COガス利用率ηCO(=PCO2/(PCO+PCO2))およびHガス利用率ηH2(=PH2O/(PH2+PH2O))を用いると、式(6)で表される。 The reaction of formula (3) is considered to have almost reached equilibrium in the furnace of the blast furnace, but the composition of the top gas changes depending on the temperature at which the reaction of formula (3) reaches equilibrium. It is known that the equilibrium constant K (-) of the reaction of the formula (3) is given by the formula (4). Here, when the equation (4) is converted, the equilibrium temperature TE (° C.) is obtained by the equation (5). Moreover, the equilibrium constant K, the use of CO gas utilization rate η CO (= P CO2 / ( P CO + P CO2)) and H 2 gas utilization rate η H2 (= P H2O / ( P H2 + P H2O)), wherein It is represented by (6).

Figure 0006954255
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ηCOおよびηH2は炉頂ガスを採取して組成分析することで測定できる。測定されたηCO、ηH2と、式(5)、(6)を用いてシフト平衡温度Tを算出できる。後述するように、シフト平衡温度Tとフェロコークスの混合率は相関関係があるので、シフト平衡温度Tを用いてフェロコークスの混合率が算出できる。このように、フェロコークスの混合率を算出することで、高炉の炉内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率が予め定められた目標とするフェロコークスの混合率になっているか否かを確認できる。そして、目標とするフェロコークスの混合率となっていない場合には、目標とするフェロコークスの混合率になるように、鉱石とフェロコークスの装入方法を調整する。 η CO and η H2 can be measured by collecting the top gas and analyzing the composition. Measured eta CO, and eta H2, equation (5) can be calculated shift equilibrium temperature T E with (6). As described later, since the mixing ratio of the shift equilibrium temperature T E and ferro coke are correlated, the mixing ratio of the ferro coke can be calculated using a shift equilibrium temperature T E. By calculating the mixing ratio of ferrocoke in this way, it is possible to determine whether or not the mixing ratio of ferrocoke in the ore layer deposited in the furnace of the blast furnace is the predetermined target ferrocoke mixing ratio. You can check. Then, if the mixing ratio of the target ferrocokes is not reached, the charging method of the ore and the ferrocokes is adjusted so as to have the target mixing ratio of the ferrocokes.

図2は、シフト平衡温度が700℃および750℃の各ガス組成における等温線と、実操業における炉頂ガスのηCO、ηH2の関係を示すグラフである。図2において、横軸はηCO(%)であり、縦軸はηH2(%)である。図2に示した丸プロットは、フェロコークスを使用せずに行った操業のηCOとηH2との関係を示すプロットであり、三角プロットは、フェロコークスを50kg/t使用した操業のηCOとηH2との関係を示すプロットである。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the isotherms in each gas composition having shift equilibrium temperatures of 700 ° C. and 750 ° C. and η CO and η H2 of the furnace top gas in actual operation. In FIG. 2, the horizontal axis is η CO (%) and the vertical axis is η H2 (%). The round plot shown in FIG. 2 is a plot showing the relationship between η CO and η H2 in the operation performed without using ferrocokes, and the triangular plot is the η CO in the operation using 50 kg / t of ferrocokes. It is a plot which shows the relationship between η H2 and η H2.

フェロコークスを使用せずに行った操業では、原料性状の変動により炉内の還元効率が変化した。これにより、ηCOおよびηH2が変化したが、概ねシフト平衡温度が750℃の等温線に沿って変化した。フェロコークスを使用して行った操業においても、シフト平衡温度の等温線に沿ってηCOおよびηH2が変化したが、シフト平衡温度は700℃に低下した。このシフト平衡温度の低下は、フェロコークスを使用したことで熱保存帯温度が低下したことによると推定される。 In the operation performed without using ferro-coke, the reduction efficiency in the furnace changed due to the fluctuation of the raw material properties. As a result, η CO and η H2 changed, but the shift equilibrium temperature changed along the isotherm of 750 ° C. In the operation performed using ferro-coke, η CO and η H2 changed along the isotherms of the shift equilibrium temperature, but the shift equilibrium temperature decreased to 700 ° C. It is presumed that this decrease in the shift equilibrium temperature is due to the decrease in the heat storage zone temperature due to the use of ferro-coke.

このように、フェロコークスを使用することでシフト平衡温度が低下したことから、フェロコークスの混合率とシフト平衡温度との関係を確認するため、実機高炉にフェロコークスの混合率を変えた鉱石を装入し、その操業で発生した炉頂ガスのηCO、ηH2から求められるシフト平衡温度を確認した。 In this way, since the shift equilibrium temperature was lowered by using ferrocokes, in order to confirm the relationship between the ferrocokes mixing ratio and the shift equilibrium temperature, an ore with a different ferrocokes mixing ratio was installed in the actual blast furnace. It was charged and the shift equilibrium temperature obtained from η CO and η H2 of the furnace top gas generated in the operation was confirmed.

図3は、フェロコークスの混合率と、シフト平衡温度との関係を示すグラフである。図3において、横軸はフェロコークスの混合率(kg/t)であり、縦軸はシフト平衡温度(℃)である。なお、フェロコークスの混合率の単位kg/tは、溶銑1トンを製造するのに使用されたフェロコークスの質量(kg)である。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of ferro-coke and the shift equilibrium temperature. In FIG. 3, the horizontal axis is the mixing ratio of ferro-coke (kg / t), and the vertical axis is the shift equilibrium temperature (° C.). The unit kg / t of the mixing ratio of ferro-coke is the mass (kg) of ferro-coke used to produce 1 ton of hot metal.

図3に示すように、フェロコークスの混合率およびシフト平衡温度には相関関係があり、フェロコークスの混合率が1kg/t上昇すると、シフト平衡温度は1℃低下した。この結果から、フェロコークス混合率とシフト平衡温度T(℃)の関係は、下記式(7)と表すことができる。 As shown in FIG. 3, there is a correlation between the ferro-coke mixing ratio and the shift equilibrium temperature, and when the ferro-coke mixing ratio increased by 1 kg / t, the shift equilibrium temperature decreased by 1 ° C. From this result, the relationship between the ferro-coke mixing ratio and the shift equilibrium temperature TE (° C.) can be expressed by the following equation (7).

E=T−a×FCR・・・(7)
但し、式(7)において、T=750℃であり、a=1.0℃/(kg/t)であり、FCRはフェロコークス混合率(kg/t)である。また、採取するガスは炉頂ガスに限らず炉内ガスであってもよい。但し、T(℃)および傾きa(℃/(kg/t))は、高炉ごとに、また、採取するガスが炉内ガスか炉頂ガスかで値が異なる場合がある。このため、高炉ごと、ガスを採取する条件ごとに上述した検討を予め行い、検量線を引いてTおよび傾きaを算出しておくことが好ましい。
T E = T 0 -a × FCR ··· (7)
However, in the formula (7), T 0 = 750 ° C., a = 1.0 ° C./(kg / t), and FCR is the ferro-coke mixing ratio (kg / t). Further, the gas to be collected is not limited to the furnace top gas, but may be a furnace gas. However, the values of T 0 (° C.) and inclination a (° C./(kg/t)) may differ depending on the blast furnace and whether the gas to be sampled is the in-core gas or the top gas. Therefore, it is preferable to perform the above-mentioned examination in advance for each blast furnace and each condition for collecting gas, and draw a calibration line to calculate T 0 and the inclination a.

本発明の発明者らは、式(7)に示した関係を利用し、高炉10の炉内ガスを採取してηCO、ηH2を測定し、当該ηCO、ηH2および上記式(5)〜(7)を用いて高炉10の炉内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率を算出できることを見出して本発明を完成させた。以下、本発明を発明の実施形態を通じて説明する。 Using the relationship shown in the formula (7), the inventors of the present invention collected the gas in the blast furnace 10 to measure η CO and η H2, and measured the η CO , η H2 and the above formula (5). )-(7) have been used to complete the present invention by finding that the mixing ratio of ferrocokes in the ore layer deposited in the blast furnace 10 can be calculated. Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the present invention.

本実施形態に係るフェロコークスの混合率の算出方法では、高炉に、コークスとフェロコークスが混合された鉱石とを交互に装入し、高炉内に交互に形成されたコークス層と鉱石層のうち、鉱石層におけるフェロコークスの混合率を算出する。具体的には、図1に示したように、高炉10の炉内の予め定められた高さ、または、炉口部にガスサンプラー12を設置し、当該ガスサンプラー12を用いて炉内ガスおよび炉頂ガスのうち少なくとも一方のηCO、ηH2を測定し、当該ηCO、ηH2および上記式(5)〜(7)を用いてフェロコークスの混合率を算出する。これにより、高炉10内に堆積した鉱石層におけるフェロコークスの混合率を算出できる。 In the method for calculating the mixing ratio of ferro-cokes according to the present embodiment, the blast furnace is charged with coke and ore mixed with ferro-cokes alternately, and among the coke layers and the ore layers alternately formed in the blast furnace. , Calculate the mixing ratio of ferrocokes in the ore layer. Specifically, as shown in FIG. 1, a gas sampler 12 is installed at a predetermined height in the furnace of the blast furnace 10 or at the furnace mouth portion, and the gas sampler 12 is used to and the gas in the furnace. At least one of the top gases, η CO and η H2, is measured, and the mixing ratio of ferro-coke is calculated using the η CO , η H2 and the above formulas (5) to (7). Thereby, the mixing ratio of ferro-coke in the ore layer deposited in the blast furnace 10 can be calculated.

さらに、高炉内の半径方向の複数位置にガスサンプラー12を設置し、当該複数位置における炉内ガスおよび炉頂ガスのうち少なくとも一方のηCO、ηH2を測定してもよい。これにより、当該ηCO、ηH2および上記式(5)〜(7)を用いて、半径方向の複数位置における鉱石層のフェロコークスの混合率を算出できる。すなわち、半径方向のある位置でサンプリングされるガスは、炉内の当該半径方向の位置に相当する流路を上昇してくるガスであり、その半径方向位置の鉱石とフェロコークスの混合率に相当するガス組成となるので、この複数位置において算出される鉱石層のフェロコークスの混合率は、半径方向におけるフェロコークスの混合率分布となる。 Further, gas samplers 12 may be installed at a plurality of positions in the blast furnace in the radial direction, and at least one of the in-core gas and the top gas at the plurality of positions may be measured for η CO and η H2. Thereby, the mixing ratio of ferrocokes in the ore layer at a plurality of positions in the radial direction can be calculated using the η CO , η H2 and the above equations (5) to (7). That is, the gas sampled at a certain position in the radial direction is a gas that rises in the flow path corresponding to the position in the radial direction in the furnace, and corresponds to the mixing ratio of the ore and the ferro-coke at the radial position. Since the gas composition is the same, the mixing ratio of ferrocoke in the ore layer calculated at the plurality of positions is the mixing ratio distribution of ferrocoke in the radial direction.

また、高炉操業における還元材比を低減できるフェロコークスの混合率分布を予め定めておき、半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率が予め定められた混合率分布になるように、鉱石とフェロコークスの装入方法を調整することが好ましい。これにより、仮に、操業中に鉱石の粒度および粒度偏析の度合が逐次変化し、フェロコークスの混合率が操業中に変化したとしても、本実施形態に係るフェロコークスの混合率の算出方法でフェロコークスの混合率を算出することで当該混合率の変化を把握でき、目標とする予め定められた混合率分布になるように鉱石とフェロコークスの装入方法を調整できる。この結果、鉱石層におけるフェロコークスの混合率分布を目標とする混合率分布に近づけることができ、還元材比を低減できる効果が継続して得られる。 In addition, the mixing ratio distribution of ferro-coke that can reduce the reducing agent ratio in blast furnace operation is predetermined, and the mixing ratio of ferro-coke at a plurality of positions in the radial direction has a predetermined mixing ratio distribution. It is preferable to adjust the method of charging coke. As a result, even if the particle size of the ore and the degree of particle size segregation change sequentially during the operation and the mixing ratio of the ferro-coke changes during the operation, the ferro-coke mixing ratio according to the present embodiment is used for calculating the ferro-coke. By calculating the mixing ratio of coke, the change in the mixing ratio can be grasped, and the charging method of ore and ferro-coke can be adjusted so as to obtain the target predetermined mixing ratio distribution. As a result, the mixing ratio distribution of ferrocokes in the ore layer can be brought close to the target mixing ratio distribution, and the effect of reducing the reducing material ratio can be continuously obtained.

なお、ガスサンプラー12は、高炉10のシャフト部または炉口部に設置されており、炉壁部から炉中心部までの特定の位置または複数位置で高炉10の炉内ガスを採取し、当該ガスにおけるHO、H、CO、COの分圧を測定してηCO、ηH2を算出する。本実施形態におけるガスサンプラー12は、常時炉内ガスの採取が可能な固定式であってもよく、定期的に高炉10内に挿入されて炉内ガスの採取を行う可動式であってもよい。但し、可動式である場合には、少なくとも1日1回以上高炉10内に挿入し、高炉10の炉内ガスの採取を行ってフェロコークスの混合率を算出することが好ましい。また、複数位置でガス採取ができる装置の場合、炉壁部から炉中心までの間の5点以上の位置で炉内ガスを採取することが好ましい。また、高炉10内におけるシフト平衡温度は基本的に600℃以上となるので、高炉10の炉内温度が600℃より高くなる位置ではシフト反応が平衡に達していなく上記式(4)が成り立たない可能性がある。このため、ガスサンプラー12は、高炉10の炉内温度が600℃以下となる位置に設置することが好ましい。 The gas sampler 12 is installed on the shaft portion or the furnace mouth portion of the blast furnace 10, and the gas in the blast furnace 10 is collected at a specific position or a plurality of positions from the furnace wall portion to the furnace center portion, and the gas is collected. The partial pressures of H 2 O, H 2 , CO, and CO 2 in the above are measured to calculate η CO and η H 2. The gas sampler 12 in the present embodiment may be a fixed type capable of constantly collecting gas in the furnace, or may be a movable type that is periodically inserted into the blast furnace 10 to collect gas in the furnace. .. However, when it is movable, it is preferable to insert it into the blast furnace 10 at least once a day and collect the gas in the blast furnace 10 to calculate the mixing ratio of ferro-coke. Further, in the case of an apparatus capable of collecting gas at a plurality of positions, it is preferable to collect the gas in the furnace at five or more points between the furnace wall and the center of the furnace. Further, since the shift equilibrium temperature in the blast furnace 10 is basically 600 ° C. or higher, the shift reaction does not reach equilibrium at the position where the in-furnace temperature of the blast furnace 10 is higher than 600 ° C., and the above equation (4) does not hold. there is a possibility. Therefore, the gas sampler 12 is preferably installed at a position where the temperature inside the blast furnace 10 is 600 ° C. or lower.

図4は、高炉10の炉頂バンカー24周辺の構成を示す断面模式図である。図4を用いて、半径方向の複数位置における鉱石層のフェロコークスの混合率を調整する方法を説明する。本実施形態では、鉱石ホッパー14からベルトコンベア18上に所定量の鉱石20を排出させ、ベルトコンベア18上を搬送される鉱石20の上に、フェロコークスホッパー16から所定量のフェロコークス22を排出させ、これらを炉頂バンカー24に装入している。この場合において、鉱石20とフェロコークス22の装入方法の調整は、鉱石20上にフェロコークス22を重ねる範囲を変化させることで実施される。鉱石20上にフェロコークス22を重ねる範囲を変化させることで、炉頂バンカー24内に充填されたときの鉱石20とフェロコークス22との混合状態が変わる。これにより、炉頂バンカー24から高炉10内に装入され、高炉10内に堆積した鉱石層におけるフェロコークス22の混合率分布が調整できる。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration around the top bunker 24 of the blast furnace 10. A method of adjusting the mixing ratio of ferrocoke in the ore layer at a plurality of positions in the radial direction will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a predetermined amount of ore 20 is discharged from the ore hopper 14 onto the belt conveyor 18, and a predetermined amount of ferro-coke 22 is discharged from the ferro-coke hopper 16 onto the ore 20 conveyed on the belt conveyor 18. These are charged into the furnace top bunker 24. In this case, the adjustment of the charging method of the ore 20 and the ferro-coke 22 is carried out by changing the range in which the ferro-coke 22 is superposed on the ore 20. By changing the range in which the ferro-coke 22 is superposed on the ore 20, the mixed state of the ore 20 and the ferro-coke 22 when filled in the furnace top bunker 24 is changed. As a result, the mixing ratio distribution of the ferro-coke 22 in the ore layer charged into the blast furnace 10 from the furnace top bunker 24 and deposited in the blast furnace 10 can be adjusted.

例えば、ベルトコンベア18上で鉱石20の前方にフェロコークス22を重ねて排出させた場合、炉頂バンカー24からの排出初期にフェロコークス22が多く排出される。これに対して、ベルトコンベア18上で鉱石20の後方にフェロコークス22を重ねて排出させた場合、炉頂バンカー24からの排出後期にフェロコークス22が多く排出される。このような排出傾向と、ベルレスシュート26の旋回パターンとの組み合わせにより、高炉10内の堆積時におけるフェロコークス22の混合状態を調整できる。 For example, when the ferro-coke 22 is superposed on the belt conveyor 18 in front of the ore 20 and discharged, a large amount of the ferro-coke 22 is discharged at the initial stage of discharge from the furnace top bunker 24. On the other hand, when the ferro-coke 22 is superposed on the belt conveyor 18 behind the ore 20 and discharged, a large amount of the ferro-coke 22 is discharged in the latter stage of the discharge from the furnace top bunker 24. By combining such a discharge tendency with the turning pattern of the bellless chute 26, the mixed state of the ferro-coke 22 at the time of deposition in the blast furnace 10 can be adjusted.

次に、本実施形態に係る混合率の算出方法および高炉操業方法を5000m級の高炉の操業に適用させた実施例について説明する。本実施例においてフェロコークスを使用する場合には、図4に示したように、ベルトコンベア18上に搬送される鉱石の上にフェロコークスを重ねて排出し、これを炉頂バンカー24およびベルレスシュート26を用いて高炉に装入した。ガスサンプラーは、高炉のシャフト部に設置された可動式のガスサンプラーであり、1日3回、炉壁から炉中心部に向けて挿入し、径方向の7つの位置で炉内ガスを採取して当該位置のガス組成からシフト平衡温度を算出し、当該位置におけるフェロコースの混合率を算出した。 Next, a calculation method, and blast furnace method mixing ratio according to the present embodiment will embodiment was applied to the operation of 5000 m 3 grade blast furnace. When ferro-coke is used in this embodiment, as shown in FIG. 4, the ferro-coke is superposed on the ore transported on the belt conveyor 18 and discharged, and the ferro-coke is discharged from the furnace top bunker 24 and the bellless chute. 26 was charged into the blast furnace. The gas sampler is a movable gas sampler installed on the shaft of the blast furnace. It is inserted from the furnace wall toward the center of the furnace three times a day, and the gas inside the furnace is collected at seven positions in the radial direction. The shift equilibrium temperature was calculated from the gas composition at the position, and the mixing ratio of the ferrocourse at the position was calculated.

図5は、実施例における各期間のフェロコークス混合率の推移を示すグラフである。図5において、横軸は期間であり、縦軸はフェロコークス混合率(kg/t)である。また、図5に示したプロットは、全て1週間の平均値である。 FIG. 5 is a graph showing the transition of the ferro-coke mixing ratio in each period in the examples. In FIG. 5, the horizontal axis is the period and the vertical axis is the ferro-coke mixing ratio (kg / t). The plots shown in FIG. 5 are all weekly average values.

図5に示すように、比較例1の期間ではフェロコークスを使用せずに高炉操業を実施した。比較例2および発明例では、フェロコークスを50kg/t使用して高炉操業を実施した。比較例2の期間では、フェロコークスを50kg/t使用し、期間内を通じてフェロコークスはベルトコンベア18上で、鉱石の後方1/2の範囲に重ねて装入した。 As shown in FIG. 5, the blast furnace operation was carried out without using ferro-coke during the period of Comparative Example 1. In Comparative Example 2 and Invention Example, the blast furnace operation was carried out using 50 kg / t of ferro-coke. In the period of Comparative Example 2, 50 kg / t of ferro-coke was used, and the ferro-coke was charged on the belt conveyor 18 in a range of the rear half of the ore throughout the period.

本実施例では、半径方向7点の各位置で炉内ガスを採取してCOガス利用率とHガス利用率を測定し、これらガスの利用率および上記式(5)、(6)を用いてシフト平衡温度を算出した。比較例2および発明では、(7)式を用いてフェロコークス混合率を算出した。発明例では、さらに初期に調整されたフェロコークスの混合率分布が変化しないように、鉱石およびフェロコークスの装入方法を調整した。装入方法の調整は、各位置における1日の平均混合率が予め定められた目標とするフェロコークスの混合率から一定の値以上外れた場合に、装入ベルトコンベア上で鉱石上にフェロコークスを重ねる範囲を変更することで径方向のフェロコークス混合率分布を調整した。なお、本実施例では、全期間を通じて、生産量を一定に維持し、溶銑温度が一定となるように還元材比を調整した。 In this embodiment, to measure the CO gas utilization and H 2 gas utilization rate was collected furnace gas at each position in the radial direction 7 points, utilization and the formulas of these gases (5), (6) The shift equilibrium temperature was calculated using. In Comparative Example 2 and the invention, the ferro-coke mixing ratio was calculated using the equation (7). In the example of the invention, the charging method of ore and ferro-coke was adjusted so that the mixing ratio distribution of the initially adjusted ferro-coke did not change. The adjustment of the charging method is such that when the average daily mixing ratio at each position deviates from a predetermined target ferro-coke mixing ratio by a certain value or more, the ferro-coke is placed on the ore on the charging belt conveyor. The radial ferro-coke mixing ratio distribution was adjusted by changing the overlapping range. In this example, the production amount was kept constant throughout the entire period, and the reducing agent ratio was adjusted so that the hot metal temperature was constant.

図6は、実施例における各期間の還元材比の推移を示すグラフである。図6において、横軸は期間であり、縦軸は還元材比(kg/t)である。還元材比の単位kg/tは、溶銑1トンを製造するのに用いられた還元材の質量(kg)である。また、図6に示したプロットも、全て1週間の平均値である。 FIG. 6 is a graph showing the transition of the reducing agent ratio in each period in the examples. In FIG. 6, the horizontal axis is the period and the vertical axis is the reducing agent ratio (kg / t). The unit kg / t of the reducing agent ratio is the mass (kg) of the reducing agent used to produce 1 ton of hot metal. The plots shown in FIG. 6 are also average values for one week.

図6に示すように、比較例1の期間の平均還元材比が521kg/tであったのに対し、比較例2の期間の平均還元材比は509kg/tとなり、発明例の期間の平均還元材比は503kg/tとなった。このように、還元材比は、フェロコークスを使用していない比較例1と比べて、フェロコークスを使用した比較例2、発明例の方が低くなった。これは、フェロコークスによる還元改善効果によるものと考えられる。また、発明例では、比較例2よりさらに還元材比が6kg/t低くなった。 As shown in FIG. 6, the average reducing material ratio during the period of Comparative Example 1 was 521 kg / t, whereas the average reducing material ratio during the period of Comparative Example 2 was 509 kg / t, which is the average of the periods of the invention examples. The reducing material ratio was 503 kg / t. As described above, the ratio of the reducing agent was lower in Comparative Example 2 and the invention example in which ferro-coke was used than in Comparative Example 1 in which ferro-coke was not used. This is considered to be due to the reduction improving effect of ferro-coke. Further, in the invention example, the reducing agent ratio was further lower than that of Comparative Example 2 by 6 kg / t.

図7は、実施例における各期間の平均ηCOを示すグラフである。図7において、縦軸はηCO(%)であり、横軸は無次元半径(−)である。ここで無次元半径とは、半径方向における高炉の炉中心からの長さを高炉半径で除した値である。また、(−)は無次元を示す。 FIG. 7 is a graph showing the average η CO for each period in the examples. In FIG. 7, the vertical axis is η CO (%) and the horizontal axis is a dimensionless radius (−). Here, the dimensionless radius is a value obtained by dividing the length of the blast furnace from the furnace center in the radial direction by the blast furnace radius. In addition, (-) indicates dimensionless.

図8は、実施例における各期間の平均ηH2を示すグラフである。図8において、縦軸はηH2(%)であり、横軸は無次元半径(−)である。 FIG. 8 is a graph showing the average η H2 for each period in the examples. In FIG. 8, the vertical axis is η H2 (%) and the horizontal axis is a dimensionless radius (−).

図9は、実施例における各期間のシフト平衡温度を示すグラフである。図9において、縦軸はシフト平衡温度(℃)であり、横軸は無次元半径(−)である。図9に示すように、比較例1の期間のシフト平衡温度は径方向によらずほぼ750℃で一定であった。比較例2および発明例の期間のシフト平衡温度は、比較例1よりも低くなった。 FIG. 9 is a graph showing the shift equilibrium temperature for each period in the examples. In FIG. 9, the vertical axis is the shift equilibrium temperature (° C.) and the horizontal axis is the dimensionless radius (−). As shown in FIG. 9, the shift equilibrium temperature during the period of Comparative Example 1 was constant at about 750 ° C. regardless of the radial direction. The shift equilibrium temperature during the period of Comparative Example 2 and Invention Example was lower than that of Comparative Example 1.

図10は、比較例2における半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率を示すグラフである。図10において、縦軸はフェロコークスの混合率(kg/t)であり、横軸は無次元半径である。図10の丸プロットは、期間中のフェロコークスの混合率の平均値を示し、エラーバーは期間中の標準偏差を示す。 FIG. 10 is a graph showing the mixing ratio of ferro-coke at a plurality of positions in the radial direction in Comparative Example 2. In FIG. 10, the vertical axis is the mixing ratio of ferro-coke (kg / t), and the horizontal axis is the dimensionless radius. The circled plot in FIG. 10 shows the average value of the ferro-coke mixing ratio during the period, and the error bars indicate the standard deviation during the period.

図11は、発明例における半径方向の複数位置におけるフェロコークスの混合率を示すグラフである。図11において、縦軸はフェロコークスの混合率(kg/t)であり、横軸は無次元半径である。図11の△プロットは期間中の平均値を示し、エラーバーは期間中の標準偏差を示す。 FIG. 11 is a graph showing the mixing ratio of ferro-coke at a plurality of positions in the radial direction in the invention example. In FIG. 11, the vertical axis is the mixing ratio of ferrocokes (kg / t), and the horizontal axis is the dimensionless radius. The Δ plot in FIG. 11 shows the mean value during the period, and the error bars show the standard deviation during the period.

図10および図11からわかるように発明例では比較例2よりもフェロコークスの混合率の変動を抑制できていることがわかる。比較例2のフェロコークスの混合率の変動が大いのは、供給される鉱石の粒度等が操業中に変動し、フェロコークスと鉱石の粒径差による粒度偏析の度合いが変化したことが要因の一つと考えられる。すなわち、鉱石粒度が大きくなった場合には、鉱石とフェロコークスとの粒径差が縮小し粒度偏析が抑制される一方で、鉱石粒度が小さくなった場合には、鉱石とフェロコークスとの粒径差が拡大し粒度偏析が起こりやすくなるので、中心部や周辺部のフェロコークスの混合率が高くなる。 As can be seen from FIGS. 10 and 11, it can be seen that in the invention example, the fluctuation of the mixing ratio of ferro-coke can be suppressed as compared with the comparative example 2. The large fluctuation in the mixing ratio of ferro-coke in Comparative Example 2 is due to the fact that the particle size of the supplied ore fluctuates during operation and the degree of particle size segregation due to the difference in particle size between ferro-coke and ore changes. It is considered to be one of. That is, when the ore particle size is increased, the particle size difference between the ore and the ferrocokes is reduced and the particle size segregation is suppressed, while when the ore particle size is decreased, the particles of the ore and the ferrocokes are suppressed. Since the diameter difference is widened and particle size segregation is likely to occur, the mixing ratio of ferrocokes in the central portion and the peripheral portion is increased.

一方、発明例では、高炉内に設置されたガスサンプラーを用いてCOガス利用率とHガス利用率を測定し、これらガスの利用率および上記式(5)〜(7)を用いて半径方向の7点の位置におけるフェロコークスの混合率を測定し、これら混合率が、初期に定められた目標とするフェロコークスの混合率分布になるように、鉱石およびフェロコークスの装入方法を調整した。これにより、比較例2よりも発明例の方がフェロコークスの混合率の変動が小さくなった。この結果、還元材比の変動が抑制され、比較例2よりも還元材比が低減した。 On the other hand, in the invention examples, the CO gas utilization and H 2 gas utilization rate was measured using the established gas samplers into the blast furnace, with utilization and the formulas of these gases (5) to (7) radius Measure the mixing ratio of ferrocokes at 7 points in the direction, and adjust the charging method of ore and ferrocokes so that these mixing ratios have the initially set target ferrocokes mixing ratio distribution. bottom. As a result, the variation in the mixing ratio of ferro-coke was smaller in the invention example than in the comparative example 2. As a result, the fluctuation of the reducing agent ratio was suppressed, and the reducing agent ratio was reduced as compared with Comparative Example 2.

10 高炉
12 ガスサンプラー
14 鉱石ホッパー
16 フェロコークスホッパー
18 ベルトコンベア
20 鉱石
22 フェロコークス
24 炉頂バンカー
26 ベルレスシュート
10 Blast Furnace 12 Gas Sampler 14 Ore Hopper 16 Ferrocoke Hopper 18 Belt Conveyor 20 Ore 22 Ferrocoke 24 Furnace Top Bunker 26 Bellless Chute

Claims (3)

高炉に、コークスとフェロコークス混合された鉱石とを交互に装入し、
高炉内に交互に形成されたコークス層と鉱石層のうち、前記鉱石層におけるフェロコークスの混合率の算出方法であって、
前記高炉の炉内ガスおよび炉頂ガスのうち少なくとも一方のCOガス利用率とHガス利用率を測定し、
前記COガス利用率およびHガス利用率を用いてシフト平衡温度を求め、シフト平衡温度とフェロコークスの混合率との相関関係を用いて前記鉱石層のフェロコークスの混合率を算出する、フェロコークスの混合率の算出方法。
A blast furnace, charged with coke, and ore ferro coke is mixed alternately,
It is a method of calculating the mixing ratio of ferrocoke in the ore layer among the coke layer and the ore layer alternately formed in the blast furnace.
At least one of CO gas utilization and H 2 gas utilization rate of the furnace gas and the top gas of the blast furnace is measured,
The CO gas utilization and H seek shift equilibrium temperature with 2 gas utilization rate, to calculate the mixing ratio of the ferro coke of the ore layer using the correlation between the shift equilibrium temperature and mixing ratio of the ferro coke, ferro How to calculate the mixing ratio of coke.
前記高炉の半径方向の複数位置における炉内ガスおよび炉頂ガスのうち少なくとも一方のCOガス利用率およびHガス利用率を用いて、前記複数位置における鉱石層のフェロコークスの混合率を算出する、請求項1に記載のフェロコークスの混合率の算出方法。 Using at least one of CO gas utilization rate and H 2 gas utilization rate of the furnace gas and the top gas at a plurality of positions in the radial direction of said blast furnace, calculates the mixing ratio of the ferro coke ore layer in said plurality of positions , The method for calculating the mixing ratio of ferro-coke according to claim 1. コークスとフェロコークス混合された鉱石と、を交互に装入する高炉操業方法であって、
請求項2に記載のフェロコークスの混合率の算出方法で算出された前記複数位置における鉱石層のフェロコークスの混合率が予め定められた混合率になるように前記鉱石と前記フェロコークスの装入方法を調整する、高炉操業方法。
And coke, a blast furnace operation method of charging the ore ferro coke is mixed, alternately,
Charge of the ore and the ferrocoke so that the mixing ratio of the ferrocoke in the ore layer at the plurality of positions calculated by the method for calculating the mixing ratio of the ferrocoke according to claim 2 becomes a predetermined mixing ratio. Blast furnace operation method to adjust the method.
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