JP7564446B2 - Method for evaluating carbonaceous materials for sintering and method for producing sintered ore - Google Patents
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Description
本発明は、焼結用炭材の評価方法および焼結鉱の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating carbonaceous materials for sintering and a method for producing sintered ore.
焼結鉱製造プロセスにおいて、鉄鉱石(粉鉄鉱石)と、焼結工場系内及び焼結工場系外で発生する篩下粉、ダスト、ミルスケール等の鉄分を含む含鉄雑原料と、石灰石等の造滓材(副原料)とを、焼結用の新原料とする。上記新原料に、焼結鉱を焼結(凝結)させる燃料(固体燃料)である焼結用炭材(凝結材)、および返鉱を加えて配合原料とする。返鉱は、成品粒度を満足しなかった焼結鉱であり、再度焼結処理を行うために、焼結鉱製造プロセスにおいて循環しているものである。 In the sintering process, new raw materials for sintering are made up of iron ore (fine iron ore), miscellaneous iron-containing raw materials such as undersize powder, dust, and mill scale generated inside and outside the sintering plant, and slag-forming materials (auxiliary raw materials) such as limestone. The new raw materials are mixed with sintering carbon (agglomeration material), which is the fuel (solid fuel) that sinters (agglomerates) the sintered ore, and return ore to make a blended raw material. Return ore is sintered ore that does not meet the product particle size requirements, and is circulated in the sintering process to be sintered again.
現在、一般に行われているドワイトロイド(DL)式焼結機の焼結鉱製造プロセスでは、上記配合原料からなる充填層の下方を負圧とし、上方から下方に空気を吸引して配合原料中の凝結材を燃焼させる。凝結材の燃焼により発生した燃焼熱を利用して配合原料を焼結して、塊成化した焼結鉱を製造する。この焼結鉱を、高炉では主要な原料として使用する。
凝結材としては、従来、主に、粉コークスが使用されている。粉コークスは、コークス炉で製造され破砕されたコークスのうち、篩下となる所定の粒度(例えば、粒径0.5~3mmなど)のものである。高炉で使用する篩上の整粒コークスに対し、篩下の粉コークスの量は少なく、焼結鉱製造用のコークス量は不足する。そのため、炭材として、揮発分の少ない無煙炭も使用されてきたが、無煙炭の埋蔵量は枯渇してきている。
In the currently commonly used sintering process using the Dwight Lloyd (DL) sintering machine, the pressure below the packed bed of the raw materials is negative, and air is drawn downwards from above to combust the coagulants in the raw materials. The heat of combustion generated by the combustion of the coagulants is used to sinter the raw materials to produce agglomerated sintered ore. This sintered ore is used as the main raw material in the blast furnace.
Conventionally, coke breeze has been mainly used as the coking material. Coke breeze is a coke produced in a coke oven and crushed, which has a certain particle size (e.g., particle size 0.5 to 3 mm) that falls under the sieve. Compared to the granulated coke that is used in blast furnaces, the amount of coke breeze that falls under the sieve is small, and the amount of coke for sintered ore production is insufficient. For this reason, anthracite, which has a low volatile content, has also been used as the carbon material, but the reserves of anthracite are becoming depleted.
粉コークスや無煙炭の代替燃料として、褐炭、亜瀝青炭、高揮発性瀝青炭などの石炭(低品位炭)を焼結用炭材として用いることが考えられる。しかしながら、これらの石炭は、揮発分の含有量が20~50%と多い。そのまま使用した場合には、石炭中の揮発分が揮発し、揮発性有機化合物(タールなど)を含むガスが発生する。揮発性有機化合物が焼結ベッド内で燃焼しきれずに排ガス中に含まれた状態で移動し、排出される。そのため、揮発性有機化合物の付着による排ガスブロアーの不具合が起きたり、煙突から焼結用設備外に排出される排ガスが大気を汚染する(排出基準を満たさない)虞がある。したがって、これらの石炭を、焼結用炭材として用いるためには、予め加熱処理(乾留処理)を行いチャー化をして、揮発分の含有量を減少させる必要がある。 As an alternative fuel to coke powder and anthracite, it is possible to use coal (low-grade coal) such as lignite, subbituminous coal, and high-volatile bituminous coal as sintering materials. However, these coals have a high volatile content of 20 to 50%. If used as is, the volatile content in the coal will evaporate and generate gas containing volatile organic compounds (such as tar). The volatile organic compounds cannot be completely burned in the sintering bed and will move and be discharged in the exhaust gas. As a result, there is a risk that the exhaust gas blower will malfunction due to the adhesion of volatile organic compounds, and the exhaust gas discharged from the chimney to the outside of the sintering equipment will pollute the air (not meet the emission standards). Therefore, in order to use these coals as sintering materials, it is necessary to reduce the volatile content by performing a heat treatment (carbonization treatment) in advance to char them.
ここで、チャーは、一般に燃焼速度が速いため、焼結鉱製造工程において、焼結進行速度を速め、生産性を上昇させる効果が期待できる。一方、焼結速度が早まることによる焼結歩留への影響についても考慮する必要がある。 Since char generally has a fast combustion rate, it is expected to have the effect of accelerating the sintering process and increasing productivity in the sintered ore manufacturing process. On the other hand, it is also necessary to consider the impact on sintering yield of the increased sintering rate.
また、製鉄所の焼結鉱製造工程においては、燃料として使用する炭材の燃焼により窒素酸化物(NOx)が発生し、排ガスとして排出される。このNOx排出量の低減は、大気汚染の改善において、重要な課題である。チャーは、一般に、単位重量当たりの比表面積が大きいことから、NOx発生量の低減の効果も期待できる。 In addition, in the sintered ore manufacturing process at steelworks, nitrogen oxides (NOx) are generated by the combustion of carbonaceous materials used as fuel, and are discharged as exhaust gas. Reducing NOx emissions is an important issue in improving air pollution. Char generally has a large specific surface area per unit weight, so it is expected to be effective in reducing the amount of NOx generated.
以上のように、チャーは、焼結鉱製造工程で、粉コークスや無煙炭を代替燃料とし期待されるが、生産性への影響および、排ガス中に窒素酸化物(NOx)への影響を考慮した評価が必要である。 As described above, char is expected to serve as an alternative fuel to coke breeze and anthracite in the sintered ore manufacturing process, but it is necessary to evaluate its impact on productivity and on nitrogen oxides (NOx) in exhaust gases.
ここで、焼結鉱製造工程において、炭材の気孔率や比表面積は、炭材自体の燃焼性および充填層の通気性に関連のある重要な要因である。気孔率の測定にはいろいろな手法があり、例えば、水銀ポロシメーターを使用して測定する方法や、吸着したガスの量で測定するガス吸着法などがある。測定方法により、測定でされる細孔の大きさの範囲が異なる。 Here, in the sintering process, the porosity and specific surface area of the carbonaceous material are important factors related to the combustibility of the carbonaceous material itself and the breathability of the packed bed. There are various methods for measuring porosity, such as a method using a mercury porosimeter and a gas adsorption method that measures the amount of adsorbed gas. The range of pore sizes that can be measured varies depending on the measurement method.
特許文献1には、鉄鉱石焼結用の燃料として使用する適切な炭材の指標の一つとして、所定の気孔率をパラメーターによりチャーを限定する記載がある。ここでは、0.1ミクロン以下の細孔は燃焼性を決める因子にはならないとして、気孔率の測定に水銀ポロシメーターを使用して、気孔率の範囲を特定している。 Patent Document 1 describes the limitation of char by a parameter of a certain porosity as one of the indicators of suitable carbonaceous materials to be used as fuel for iron ore sintering. Here, a mercury porosimeter is used to measure the porosity, and the range of porosity is specified, on the basis that pores of 0.1 microns or less are not a factor that determines combustibility.
非特許文献1、2には、ガス吸着法での活性炭等ミクロポアを有す物質の比表面積の測定において、N2では過小評価となることがあり、CO2の方が吸着ガスとして適しているとの報告がある。 Non-Patent Documents 1 and 2 report that when measuring the specific surface area of a substance having micropores such as activated carbon by gas adsorption, N2 may be underestimated, and CO2 is more suitable as an adsorption gas.
チャーの性状は、原料、原料の配合割合、製造方法(製造設備)、および製造条件(温度、滞留時間、雰囲気ガスなど)などの違いにより、大きく異なる。その結果、焼結鉱の製造時に、従来使用している焼結用炭材(粉コークス、無煙炭)の一部または全量を、粒径、発熱量、炭材中固定炭素量などを同一条件としてチャーに置き換えた場合であっても、使用するチャーの性状に応じて、焼結工程における燃焼性が、大きく変化する。 Char properties vary greatly depending on the raw materials, the raw material blend ratio, the manufacturing method (manufacturing equipment), and manufacturing conditions (temperature, residence time, atmospheric gas, etc.). As a result, even if part or all of the conventionally used sintering carbonaceous material (coke powder, anthracite) is replaced with char with the same particle size, calorific value, amount of fixed carbon in the carbonaceous material, etc. during the production of sintered ore, the combustibility in the sintering process changes significantly depending on the properties of the char used.
焼結工程において、チャーの性状を示す指標として、上述したように気孔率や単位重量当たりの比表面積が重要である。特許文献1においては、0.1ミクロン以下の細孔は燃焼性を決める因子にはならないとして、水銀ポロシメーターで測定される細孔範囲により気孔率を特定しているが、0.1ミクロン以下の細孔を考慮していない点で、焼結鉱製造工程に用いるチャーの評価としては、まだ、課題が残る。また、非特許文献1、2には、焼結用炭材の比表面積を、吸着ガスにCO2を用いて評価したものではなく、ましてや比表面積と焼結鉱生産性、NOx転換率との関係について言及してもいない。 In the sintering process, as described above, porosity and specific surface area per unit weight are important as indicators of char properties. In Patent Document 1, pores of 0.1 microns or less are not a factor that determines combustibility, and porosity is specified based on the pore range measured by a mercury porosimeter. However, since pores of 0.1 microns or less are not considered, there are still problems to be solved in evaluating char used in the sintering process. In addition, Non-Patent Documents 1 and 2 do not evaluate the specific surface area of sintering carbonaceous materials using CO2 as the adsorbed gas, much less mention the relationship between the specific surface area and sintered ore productivity or NOx conversion rate.
本発明者は、従来、N2ガス吸着法により比表面積を測定し、その測定値に基づいてチャーを評価してきた。しかし、N2ガス吸着法による測定では、極めて微細な細孔(ミクロポア)を測定するのは困難であり、比表面積が過小に評価されているという点が問題であった。 The inventors have conventionally measured the specific surface area by N2 gas adsorption and evaluated char based on the measured value. However, it is difficult to measure extremely fine pores (micropores) by the N2 gas adsorption method, and there is a problem in that the specific surface area is underestimated.
今回、本発明者は、褐炭、亜瀝青炭と高揮発瀝青炭の各石炭から製造したチャーの比表面積を新たにCO2ガス吸着法により測定すると共に、製造したチャーを用いた焼結実験を行った。その結果、CO2ガス吸着法により測定したチャーの比表面積の値に基づいて、『焼結鉱の増産』と『低NOx排出量』を両立させることができる炭材(チャー)を特定することができるという知見を得た。ここで、CO2ガス吸着法とは、吸着ガスとしてCO2を使用して比表面積を測定する方法である。 This time, the inventors measured the specific surface area of chars produced from lignite, subbituminous coal, and high volatile bituminous coal by a new CO2 gas adsorption method, and conducted sintering experiments using the produced chars. As a result, they found that it is possible to specify a carbonaceous material (char) that can achieve both "increased sintered ore production" and "low NOx emissions" based on the specific surface area of the char measured by the CO2 gas adsorption method. Here, the CO2 gas adsorption method is a method of measuring the specific surface area using CO2 as the adsorption gas.
本発明の目的は、焼結用原料に使用する新たな焼結用炭材について、『焼結鉱の増産』かつ『低NOx排出量』を可能とする焼結用炭材の評価方法および焼結鉱の製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a method for evaluating new carbonaceous materials for sintering that can increase sintered ore production and reduce NOx emissions.
本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)焼結鉱の製造方法において用いられる炭材の評価方法であって、前記炭材として使用されるチャーについて、吸着ガスとしてCO2を使用して比表面積を測定し、前記比表面積に基づいて固体燃料としての適性を評価する焼結用炭材の評価方法。
(2)前記適性の評価において、前記チャーの比表面積が200~450m2/gの範囲内である場合に、固体燃料としての適性を有すると評価することを特徴とする(1)に記載の焼結用炭材の評価方法。
(3)(1)又は(2)に記載の焼結用炭材の評価方法により、前記炭材として使用されるチャーの適正を評価し、前記比表面積が所定の範囲であるチャーを固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) A method for evaluating a carbonaceous material used in a sintered ore manufacturing method, comprising measuring the specific surface area of char used as the carbonaceous material using CO2 as an adsorbed gas, and evaluating the suitability of the char as a solid fuel based on the specific surface area.
(2) The method for evaluating a carbonaceous material for sintering according to (1), characterized in that, in the evaluation of suitability, the char is evaluated as having suitability as a solid fuel when the specific surface area of the char is within the range of 200 to 450 m 2 /g.
(3) A method for producing sintered ore, characterized in that the suitability of char to be used as the carbonaceous material is evaluated by the evaluation method for carbonaceous material for sintering described in (1) or (2), and char having a specific surface area within a predetermined range is used as a solid fuel.
簡便かつ新たな焼結用炭材の評価手法により評価し、適正と評価された炭材を焼結用原料(固体燃料)に使用することにより、焼結製造工程において『焼結鉱の増産』かつ『低NOx排出量』を達成することが可能となる。 By using a simple and new evaluation method for carbonaceous materials for sintering and using the carbonaceous materials that are deemed suitable as sintering raw materials (solid fuel), it is possible to achieve "increased sintered ore production" and "low NOx emissions" during the sintering manufacturing process.
<炭材の比表面積の測定>
褐炭、亜瀝青炭および瀝青炭は、高揮発分を含有する。これらの石炭を加熱処理(乾留処理)して製造するチャーは、高揮発分の揮発により微細な気孔を有する。特にロガ指数が10以下である石炭から製造したチャーに関してはその傾向が顕著となる。ロガ指数10以下の低流動性石炭を原料炭とすることにより、微細な気孔を有するチャーを製造することができる。なお、石炭の流動性とは、加熱時の低分子化の度合に起因する特性であり、低流動性石炭は加熱時の低分子化が生じにくい特性を有する石炭である。
<Measurement of specific surface area of carbonaceous material>
Lignite, subbituminous coal, and bituminous coal contain high volatile matter. Char produced by heat treating (carbonizing) these coals has fine pores due to the volatilization of the high volatile matter. This tendency is particularly noticeable for char produced from coal with a Roga index of 10 or less. Char with fine pores can be produced by using low fluidity coal with a Roga index of 10 or less as raw coal. Note that the fluidity of coal is a property resulting from the degree of molecular breakdown when heated, and low fluidity coal is coal that is less likely to be broken down into molecules when heated.
比表面積測定法は、気体吸着法により試料の比表面積(単位質量当たりの粉体の全表面積)を算出する方法である。試料の比表面積は、固体表面での気体の物理吸着により測定され、表面上の単分子層に相当する吸着気体の量を求めることにより算出される。通例、測定は液体窒素の沸点で行われ、吸着した気体量は、動的流動法又は容量法により測定される。
ガス吸着量と相対圧の関係に基づき、下記のBET式(1)及び(2)から比表面積(BET比表面積)が算出される。
The specific surface area measurement method is a method for calculating the specific surface area of a sample (total surface area of a powder per unit mass) by gas adsorption. The specific surface area of a sample is measured by physical adsorption of gas on a solid surface, and is calculated by determining the amount of adsorbed gas equivalent to a monolayer on the surface. Typically, the measurement is performed at the boiling point of liquid nitrogen, and the amount of adsorbed gas is measured by a dynamic flow method or a volumetric method.
Based on the relationship between the gas adsorption amount and the relative pressure, the specific surface area (BET specific surface area) is calculated from the following BET equations (1) and (2).
ここで、上記式における各要素は以下を示す。
P:測定圧力 [Pa]
P0:吸着ガスの飽和蒸気圧 [Pa]
P/P0:吸着ガスの相対圧力 [-]
Q:吸着量 [mol/g]
Qm:単分子層吸着量 [mol/g]
C:BETパラメータ [-]
S:比表面積 [m2/g]
s:分子占有断面積 [nm2]
(N2:0.162nm2,CO2:0.210nm2)
KA:アボガドロ定数 [mol-1]
Here, the elements in the above formula are as follows:
P: Measurement pressure [Pa]
P 0 : Saturation vapor pressure of adsorbed gas [Pa]
P/P 0 : Relative pressure of adsorbed gas [-]
Q: Adsorption amount [mol/g]
Qm: Monolayer adsorption amount [mol/g]
C: BET parameters [-]
S: Specific surface area [ m2 /g]
s: Molecular occupied cross section [nm 2 ]
(N 2 : 0.162 nm 2 , CO 2 : 0.210 nm 2 )
K A : Avogadro constant [mol -1 ]
(N2吸着法-従来技術)
炭材の比表面積測定に当たり、本発明者は、従来、N2吸着法を用いてきた。市販の流動法比表面積測定装置を用い、事前に前処理(真空排気しながら150℃にて4時間加熱)を行った炭材サンプル(0.25-0.5mm)へ吸着ガスとしてN2を-196℃にて吸着させることにより、相対圧0.3におけるN2の吸着量を測定した。ここで、相対圧とは、上記の式(1)におけるP/P0である。
( N2 Adsorption Method - Prior Art)
The inventors have conventionally used the N2 adsorption method to measure the specific surface area of carbonaceous materials. Using a commercially available flow method specific surface area measuring device, N2 was adsorbed as an adsorption gas at -196°C onto a carbonaceous material sample (0.25-0.5 mm) that had been pretreated (heated at 150°C for 4 hours while evacuating to a vacuum), and the amount of N2 adsorption at a relative pressure of 0.3 was measured. Here, the relative pressure is P/ P0 in the above formula (1).
(CO2吸着法―本発明)
本発明者は、ミクロポアを有する石炭チャーの比表面積測定においては、使用する吸着ガスがN2では比表面積量が過小評価となり、CO2の使用が適していると考えた。
本発明は、焼結用炭材を、CO2吸着法による測定値に基づいて算出したBET比表面積の値に基づいて評価する。また、CO2吸着法で測定し、算出した焼結用炭材のBET比表面積の値が所定の範囲にある炭材を固体燃料として用いる。
( CO2 adsorption method - the present invention)
The present inventors considered that when measuring the specific surface area of coal char having micropores, the specific surface area would be underestimated if N2 was used as the adsorption gas, and that CO2 would be more suitable.
In the present invention, the carbonaceous material for sintering is evaluated based on the value of the BET specific surface area calculated based on the measured value by the CO2 adsorption method. Also, the carbonaceous material for sintering whose BET specific surface area measured and calculated by the CO2 adsorption method is within a predetermined range is used as the solid fuel.
CO2吸着法を用いることによって、従来のN2吸着法では測定することができなかった炭材の極めて微細な細孔(ミクロポア)を比表面積という指標で表現することが可能になる。CO2吸着法で測定したBET比表面積が適切な範囲にあるチャーを焼結用炭材(固定燃料)として用いることによって、焼結工程において適切な燃焼状態を維持することが可能となり、焼結鉱の増産(FFS上昇、および歩留維持または微減)および低いNOx排出量(低いNOx転換率)を実現することが可能となる。また、ロガ指数が10以下である石炭を原料として製造したチャーは、特にミクロポアが多く発達している。そのため、BET比表面積の測定には、従来のN2吸着法よりもCO2吸着法を用いることが好ましい。なお、ロガ指数は、JIS-M8801に規定されているロガ試験方法によって算出される。 By using the CO2 adsorption method, it becomes possible to express the extremely fine pores (micropores) of the carbonaceous material, which could not be measured by the conventional N2 adsorption method, as an index called specific surface area. By using char with a BET specific surface area measured by the CO2 adsorption method in an appropriate range as the carbonaceous material for sintering (fixed fuel), it becomes possible to maintain an appropriate combustion state in the sintering process, and it becomes possible to realize increased production of sintered ore (increased FFS, and maintained or slightly decreased yield) and low NOx emissions (low NOx conversion rate). In addition, char produced from coal with a Roga index of 10 or less as a raw material has particularly many developed micropores. Therefore, it is preferable to use the CO2 adsorption method rather than the conventional N2 adsorption method for measuring the BET specific surface area. The Roga index is calculated by the Roga test method specified in JIS-M8801.
CO2吸着法で測定したBET比表面積が中位(200m2/g以下)のチャーを焼結用炭材として用いた場合は、焼結鉱の増産は実現可能であるが、低いNOx排出量は実現できない。
また、CO2吸着法で測定したBET比表面積が高位(450m2/g以上)のチャーを焼結用炭材として用いた場合は、低いNOx排出量は実現可能であるが、FFSが過度に上昇して歩留が大幅に減り、焼結鉱の増産は実現できない。
When char having a medium BET specific surface area (200 m 2 /g or less) measured by the CO 2 adsorption method is used as the carbonaceous material for sintering, it is possible to increase the production of sintered ore, but it is not possible to achieve low NOx emissions.
Furthermore, when char with a high BET specific surface area (450 m2 /g or more) measured by the CO2 adsorption method is used as the carbonaceous material for sintering, low NOx emissions can be achieved, but the FFS increases excessively, significantly reducing the yield, and it is not possible to increase sintered ore production.
本発明者は、褐炭、亜瀝青炭または高揮発瀝青炭の低品位炭を原料として、品質の異なるチャーを複数製造し、本発明に係るCO2吸着法による比表面積を測定した。また、製造した複数のチャーを使用して、鍋試験装置を用いて、焼結試験を実施した。
以下、実施例により、本発明の実施態様の詳細を説明する。
The inventors produced several chars of different qualities using low-grade coals such as lignite, subbituminous coal, and high-volatility bituminous coal as raw materials, and measured the specific surface area using the CO2 adsorption method according to the present invention. In addition, using the produced several chars, sintering tests were carried out using a pot test apparatus.
The following examples are provided to illustrate the details of the embodiments of the present invention.
<チャーの製造>
(チャーの原料)
表1は、チャーの製造の原料とした石炭の性状を示す表である。表1に原料とした石炭の工業分析値、元素分析値、およびロガ指数を示す。石炭Aは褐炭、石炭B、Cは亜瀝青炭、石炭D~Gは瀝青炭である。
<Char production>
(Char raw material)
Table 1 shows the properties of the coals used as raw materials in the production of char. Table 1 shows the proximate analysis values, elemental analysis values, and Roga index of the coals used as raw materials. Coal A is lignite, coals B and C are subbituminous coal, and coals D to G are bituminous coal.
(チャーの性状)
表2は、表1に示す石炭A~Gを原料として製造したチャー(A1~A3、B~G)の性状と、参考例としての従来炭材(粉コークス、無煙炭)の性状を示す。なお、左端欄は、後述する実験例(表5参照)との対応を示している。
チャーA1~A3、B、C、D、E、F、Gに関しては、反応容器内へ各炭材原料を充填した後、窒素ガスを流通しながら反応容器外部の電気炉を所定の熱分解温度にまで昇温させることによってチャーを製造した。実施例(チャーA1、B~E)は700℃の熱分解温度であるのに対し、比較例(チャーF、G、A3)は700℃を超える温度で、熱分解した。チャーA2に関しては、反応容器内へ石炭Aを充填した後、混合ガス(N2:70%、CO2:30%)を流通させながら反応容器外部の電気炉を所定の熱分解温度にまで昇温させることによってチャーを製造した。製造したチャーの揮発分含有量は、すべて10%未満となった。なお、製造温度をより低温とし、揮発分含有量が10%以上のチャーを使用することも可能であるが、従来炭材(粉コークス、無煙炭)と比較して、未燃のまま焼結機排ガス中へ流出する揮発分由来成分(タール成分)が多くなり、排ガスブロアーや排ガス浄化設備(集塵機、脱硫設備等)へ悪影響を及ぼす恐れがあるため好ましくない。
(Char properties)
Table 2 shows the properties of chars (A1 to A3, B to G) produced from the coals A to G shown in Table 1 as raw materials, and the properties of conventional carbonaceous materials (coke breeze, anthracite) as reference examples. The leftmost column shows the correspondence with the experimental examples (see Table 5) described later.
For chars A1 to A3, B, C, D, E, F, and G, char was produced by filling the reactor with each carbonaceous raw material, and then heating the electric furnace outside the reactor to a predetermined pyrolysis temperature while circulating nitrogen gas. The pyrolysis temperature for the examples (chars A1, B to E) was 700°C, while the comparative examples (chars F, G, and A3) were pyrolyzed at a temperature exceeding 700°C. For char A2, char was produced by filling the reactor with coal A, and then heating the electric furnace outside the reactor to a predetermined pyrolysis temperature while circulating a mixed gas (N 2 : 70%, CO 2 : 30%). The volatile matter content of all the produced chars was less than 10%. It is possible to use char having a volatile matter content of 10% or more by lowering the production temperature. However, this is not preferable because, compared with conventional carbonaceous materials (coke powder, anthracite), a larger amount of volatile matter-derived components (tar components) will flow out unburned into the exhaust gas from the sintering machine, which may have an adverse effect on the exhaust gas blower and exhaust gas purification equipment (dust collector, desulfurization equipment, etc.).
表2に示すBET比表面積(CO2)は、市販の定容法吸着量測定装置(定容法比表面積測定装置)を用い、事前に前処理(真空排気しながら150℃にて4時間加熱)を行った炭材サンプル(0.25-0.5mm)に、吸着ガスとしてCO2を用い、0℃にて吸着させることにより、相対圧(吸着平衡圧と飽和蒸気圧の比)0.012~0.03(0.002刻み)の範囲におけるCO2の吸着量を測定した。なお、右端欄には、参考として測定したN2吸着法によるBET比表面積を示す。 The BET specific surface area (CO 2 ) shown in Table 2 was measured using a commercially available constant volume adsorption measurement device (constant volume specific surface area measurement device) by adsorbing CO 2 as the adsorption gas at 0°C on a carbonaceous material sample (0.25-0.5 mm) that had been pretreated in advance (heated at 150°C for 4 hours while evacuating to a vacuum) in a relative pressure range (ratio of adsorption equilibrium pressure to saturated vapor pressure) of 0.012 to 0.03 (in increments of 0.002). The rightmost column shows the BET specific surface area measured by the N 2 adsorption method for reference.
<焼結実験>
焼結鍋試験により実機での原料充填層の焼成過程をシミュレートし、焼結工程における生産性向上およびNOx削減の効果を確認した。
(鍋試験の原料)
表3に、鍋試験に用いたベース(表5の参考例1)となる原料配合を示す。
ベースとなる参考例1のケースでは、表3(および表5の参考例1)に示すように、返鉱および炭材を除いた原料を100質量%として、返鉱と炭材(表2の粉コークス)の配合割合を、それぞれ外数で、15.0質量%、4.5質量%とした。
参考例2、実施例1~6、および比較例1~3のケースでは、表5の上段(炭材種類および炭材配合量)に示すように、炭材として、表2に示すチャー(A1~A3、B~G)および無煙炭のうちの1種類を用いた。これらのケースでは、4.5質量%(外数)の粉コークスを使用したベース(参考例1)と、使用したチャー又は無煙炭の固定炭素投入量が同量となるように、炭材配合量を決定した。
<Sintering experiment>
A sintering pot test was conducted to simulate the sintering process of a packed bed of raw materials in an actual machine, and the effects of improving productivity and reducing NOx emissions in the sintering process were confirmed.
(Ingredients for pot testing)
Table 3 shows the raw material composition used as the base for the pot test (Reference Example 1 in Table 5).
In the case of Reference Example 1 serving as a base, as shown in Table 3 (and Reference Example 1 in Table 5), the raw materials excluding the return ore and the carbonaceous material were taken as 100 mass%, and the blending ratios of the return ore and the carbonaceous material (coke breeze in Table 2) were 15.0 mass% and 4.5 mass%, respectively, with the exception of these.
In the cases of Reference Example 2, Examples 1 to 6, and Comparative Examples 1 to 3, as shown in the upper part of Table 5 (type of carbonaceous material and blending amount of carbonaceous material), one of the chars (A1 to A3, B to G) and anthracite shown in Table 2 was used as the carbonaceous material. In these cases, the blending amount of carbonaceous material was determined so that the amount of fixed carbon input of the char or anthracite used was the same as that of the base (Reference Example 1) using 4.5 mass% (excluding numbers) of coke powder.
表4に、使用した炭材の粒度分布を示す。すべての実験例(参考例1~2、実施例1~6、および比較例1~3)について、炭材の粒度分布は同一とした。
これらの配合原料を混合した後、ドラム型造粒機を用いて水分7.5質量%を目標にして、所定時間(5分)造粒して、鍋焼成試験用の配合原料(焼結原料)を製造した。
The particle size distribution of the carbonaceous materials used is shown in Table 4. The particle size distribution of the carbonaceous materials was the same for all experimental examples (Reference Examples 1 and 2, Examples 1 to 6, and Comparative Examples 1 to 3).
After mixing these blended raw materials, they were granulated for a specified time (5 minutes) using a drum type granulator with a target moisture content of 7.5% by mass to produce blended raw materials (sintered raw materials) for pot sintering tests.
(鍋試験の焼成条件と評価)
直径300mmの試験鍋に、層厚が600mmとなるように原料を装入し、圧力1530kPaで空気を下方吸引した。
(Pot test firing conditions and evaluation)
The raw materials were charged into a test pot having a diameter of 300 mm so that the layer thickness was 600 mm, and air was sucked downward at a pressure of 1530 kPa.
(鍋試験の評価項目)
各ケースについて、燃焼進行速度、成品歩留、生産率、NOx排出量、およびNOx転換率を評価した。ここで、NOx排出量とは、点火開始から焼結終了(バーンスルー)までに排ガス中に含有されるNOx(NO+NO2)量を窒素重量(酸素は含まない)として表した値である。また、NOx転換とは、鍋試験原料の炭材中に含まれる窒素量に対し、排ガス中にNOxとして検出された窒素量の割合を百分率で表した値である。
(Evaluation items for pot testing)
For each case, the combustion rate, product yield, productivity, NOx emissions, and NOx conversion were evaluated. The NOx emissions are the amount of NOx (NO+ NO2 ) contained in the exhaust gas from the start of ignition to the end of sintering (burn-through), expressed as nitrogen weight (oxygen not included). The NOx conversion is the ratio, expressed as a percentage, of the amount of nitrogen detected as NOx in the exhaust gas to the amount of nitrogen contained in the carbonaceous material used in the pot test.
(鍋試験結果)
表5の下段鍋試験の結果を示す。
鍋試験の結果、CO2吸着法にて測定したBET比表面積が適切な範囲にあるチャー(チャーA1、A2、B、C、D、E)を炭材(固体燃料)として使用した場合に、参考例(粉コークス、無煙炭)よりも焼結鉱の生産率が向上し、かつNOx排出量が大幅に減少した。
当該BET比表面積が適切な範囲の下限以下であるチャーを使用した比較例1(チャーF)、比較例2(チャーG)の場合、参考例よりも焼結鉱の生産率は上昇するが、NOx排出量は参考例と同レベルであった。これはチャーFおよびチャーGの原料である石炭(石炭F、石炭G)はロガ指数が10よりも大きく、今回使用した他の石炭よりも大きな粘結性(軟化溶融性)を有しているため、チャー製造(乾留)時に形成される細孔が少なくなり、結果としてBET比表面積が適切な範囲以下となったことに起因する。
更に、当該BET比表面積が適切な範囲の上限以上であるチャーを使用した比較例3(チャーA3)の場合、参考例よりもNOx排出量は大幅に減少したものの、焼結鉱の生産率は参考例よりも低下した。
(Pot test results)
The results of the lower pan test are shown in Table 5.
As a result of the pot test, when chars with BET specific surface areas measured by the CO2 adsorption method within the appropriate range (chars A1, A2, B, C, D, E) were used as carbonaceous materials (solid fuel), the productivity of sintered ore was improved and NOx emissions were significantly reduced compared to the reference examples (coke breeze, anthracite).
In the case of Comparative Example 1 (Char F) and Comparative Example 2 (Char G), which used char whose BET specific surface area was below the lower limit of the appropriate range, the productivity of sintered ore was higher than that of the Reference Example, but the NOx emissions were at the same level as the Reference Example. This is because the coals (Coal F, Coal G) that are the raw materials for Char F and Char G have a Roga index greater than 10 and have greater caking properties (softening and melting properties) than the other coals used this time, so fewer pores are formed during char production (carbonization), and as a result, the BET specific surface area was below the appropriate range.
Furthermore, in the case of Comparative Example 3 (Char A3), in which char having a BET specific surface area equal to or greater than the upper limit of the appropriate range was used, the NOx emissions were significantly reduced compared to the Reference Example, but the productivity of sintered ore was lower than that of the Reference Example.
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|---|---|---|---|---|
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