JP7644352B2 - Methods for estimating the amount of slag in the cohesive zone of a blast furnace and methods for its operation - Google Patents
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Description
本発明は、高炉炉下部の炉況を適確に表す指標となる融着帯スラグ量の推定方法およびその指標を活用した高炉の操業方法に関する。 The present invention relates to a method for estimating the amount of cohesive zone slag, which is an index that accurately represents the furnace conditions in the lower part of a blast furnace, and a method for operating a blast furnace using that index.
従来から、高炉操業において、鉄含有装入物として、焼結鉱、ペレット、塊鉱石などが使用されている。そして、これまで、高炉操業の安定化を図るため、これら装入物の粒度分布、冷間強度、還元特性などを改善するとともに、性状の良好な自溶性焼結鉱の使用量を増加してきた。特に、鉄含有装入物の還元性は、反応効率、通気安定性、熱的安定性などに影響を及ぼすので、これら影響要因の改善や適正化が、これまで、鋭意なされてきた。 Traditionally, sintered ore, pellets, lump ore, etc. have been used as iron-containing charge materials in blast furnace operations. To stabilize blast furnace operations, efforts have been made to improve the particle size distribution, cold strength, reduction characteristics, etc. of these charge materials, and to increase the amount of self-fluxed sintered ore, which has good properties, used. In particular, the reducibility of iron-containing charge materials affects reaction efficiency, aeration stability, thermal stability, etc., so efforts have been made to improve and optimize these influencing factors.
例えば、特許文献1には、微粉炭吹込量が150kg/tp(銑鉄1トン当たりの吹込量。「/tp」は銑鉄1トン当たりを意味する。)以上の高炉操業において、SiO2:3.9~4.9質量%、MgO:0.5~1.2質量%未満、Al2O3:1.8~2.5質量%を含有し、CaO/SiO2(質量比):1.9~2.5の高アルミナ焼結鉱の割合を、装入物の50~80質量%とし、高アルミナ焼結鉱の多量使用や、高炉スラグ量の低減を図ることが開示されている。特許文献1の高炉操業によれば、スラグ比を290kg/tp以下に低減することが可能である。
For example,
なお、スラグ比(スラグ量)は、銑鉄1トン当たりに発生するスラグ量を意味する。スラグは、高炉装入物や、吹込み微粉炭に含有されている、鉄及び炭素以外の脈石成分(CaO、SiO2、Al2O3、MgO)で構成され、その量は、概ね250~320kg/tpである。スラグ比(量)は、高炉炉下部の通気性を支配する支配因子のひとつである。 The slag ratio (amount of slag) means the amount of slag generated per ton of pig iron. Slag is composed of gangue components (CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO) other than iron and carbon contained in the blast furnace charge and the injected pulverized coal, and the amount is approximately 250 to 320 kg/tp. The slag ratio (amount) is one of the controlling factors that govern the permeability of the lower part of the blast furnace.
特許文献2には、微粉炭吹込量が170kg/tp以上の高炉操業において、還元粉化指数RDIが40%以上の焼結鉱(SiO2:4.0~4.6質量%、MgO:1.0~1.4質量%、FeO:4.0~7.0質量%、塩基度(CaO/SiO2)(質量比):2.0~2.3)を用いることが開示されている。特許文献2の高炉操業によれば、スラグ比を280kg/tp以下に低減することが可能である。
しかし、特許文献1及び2に記載のスラグ比(量)は、還元が完了した後の排出スラグの比(量)であり、高炉内で、未還元状態で生成する融液(未還元のFeOも含まれている)の量を正確に表示しているわけではない。
However, the slag ratio (amount) described in
高炉内、特に融着帯における実際の融液量は、高炉の通気性に大きく依存する。そこで、装入物の成分組成をスラグ比が低下するように設計しても、装入物の還元性が悪いと、融着帯での融液量が増大することがある。このため、高炉操業においては、スラグ比(量)と炉内通気性指標が一致しない場合が多い。それ故、高炉内の通気性を適確に表示できる精緻な指標を見いだし、操業を管理することが求められている。 The actual amount of molten liquid in a blast furnace, especially in the cohesive zone, depends heavily on the permeability of the blast furnace. Therefore, even if the component composition of the charge is designed to reduce the slag ratio, the amount of molten liquid in the cohesive zone may increase if the charge has poor reducibility. For this reason, in blast furnace operation, the slag ratio (amount) and the furnace permeability index often do not match. Therefore, there is a need to find a precise index that can accurately indicate the permeability inside the blast furnace and manage operations.
高炉には、焼結鉱の他、ペレット、塊鉱石など、通常、数種の鉄含有装入物が、任意の配合率で配合されて装入される。これらを一括して、高炉装入物の特性として指数化し、高炉操業を管理することが提案されている。 In addition to sintered ore, several types of iron-containing charges, such as pellets and lump ore, are usually charged into a blast furnace in arbitrary blend ratios. It has been proposed to collectively index these as the characteristics of blast furnace charges and use them to manage blast furnace operation.
特許文献3には、焼結鉱の高温部での通気性指数を計算式で求め、算出値から焼結鉱の高温性状を推定し、管理することを特徴とする焼結鉱の高温性状管理方法が開示されている。特許文献3の方法によれば、焼結鉱の高温性状を、RDI(還元粉化指数)、及び、RI(被還元性)などの、通常用いる管理指標から推定することができ、迅速な装入物の配合設計が可能となる。しかし、特許文献3の方法は、焼結鉱にのみ適用されるもので、他の装入物を含めた装入物の配合設計には適用できない。
特許文献4には、高炉装入用含鉄原料の1000℃以上の高温性状に関する加重平均通気抵抗指数が5.7以下となるように、高炉装入用含鉄原料を配合することを特徴とする高炉装入用含鉄原料の配合調整方法が開示されている。この方法により、溶銑中Si量が低い、安定した高炉操業を行うことが可能である。
しかし、特許文献4の方法は、塊鉱石の選定や、配合・調整には有効であるが、該方法を全ての装入物に適用することは難しい。現に、装入物の平均通気抵抗指数が5.7以下であっても、高炉操業が悪化する例がある。
However, although the method of
装入物の高温性状の測定において、通気抵抗指数は、充填構造(空隙率など)の影響を大きく受けるから、単味銘柄の通気抵抗指数を加重平均することは、幾つかの装入物を配合して装入する際に生じる充填構造の変化を考慮しないということである。それ故、特許文献4の方法は、適用範囲が限定されるという問題を抱えている。
When measuring the high-temperature properties of a charge, the airflow resistance index is significantly affected by the packing structure (void ratio, etc.), so taking a weighted average of the airflow resistance index of a single brand does not take into account the changes in the packing structure that occur when several charge materials are mixed and charged. Therefore, the method of
焼結鉱、ペレット、塊鉱石など、通常、数種の鉄含有装入物を、任意の配合率で配合して装入して行う高炉操業において、炉況、特に通気性の良否を評価する指標は提案されていない。高炉操業において、炉内通気性の良否は、鉄含有装入物が溶融して形成する融着帯に存在する融液量(スラグ量)に依存するが、高炉装入物全体のスラグ成分を総括的に把握しても、融着帯に存在する融液量(スラグ量)を正確に予測し得ない。 In blast furnace operation, where several types of iron-containing charges, such as sintered ore, pellets, and lump ore, are usually charged at an arbitrary mixing ratio, no index has been proposed to evaluate the furnace conditions, particularly the quality of gas permeability. In blast furnace operation, the quality of gas permeability inside the furnace depends on the amount of molten liquid (amount of slag) present in the cohesive zone formed by melting the iron-containing charges, but even if the slag composition of the entire blast furnace charge is grasped in a comprehensive manner, it is not possible to accurately predict the amount of molten liquid (amount of slag) present in the cohesive zone.
そこで、本発明は、焼結鉱、ペレット、塊鉱石など、通常、数種の鉄含有装入物を、任意の配合率で配合して装入する高炉操業において、鉄含有装入物が溶融して形成する融着帯に存在する融液量を正確に推定する方法を提供すること、およびその推定値を活用した高炉操業方法を提供すること、を目的とする。 The present invention aims to provide a method for accurately estimating the amount of molten liquid present in the cohesive zone formed by melting iron-containing charges during blast furnace operation, in which several types of iron-containing charges, such as sintered ore, pellets, and lump ore, are typically charged at an arbitrary blend ratio, and to provide a blast furnace operation method that utilizes the estimated value.
以下、融着帯の上面部分に存在する融液量を「融着帯スラグ量」と呼び、「CSV」と略記する。 Hereinafter, the amount of molten liquid present at the upper surface of the cohesive zone will be referred to as the "cohesive zone slag amount" and abbreviated as "CSV."
本発明は、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、高炉融着帯上面に存在する融液量である融着帯スラグ量を式(1)で推定できること、融着帯スラグ量を指標として、高炉炉下部の炉況、特に、通気性の適否を適正に評価できることを見いだした。
融着帯スラグ量=融着帯上面での残存FeO量+鉄含有装入物の脈石量・・・(1)
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下の通りである。
The present inventors have intensively studied a method for solving the above problems. As a result, they have found that the amount of slag in the cohesive zone, which is the amount of molten liquid present on the upper surface of the cohesive zone of a blast furnace, can be estimated by the formula (1), and that the furnace condition in the lower part of a blast furnace, in particular, the adequacy of gas permeability, can be appropriately evaluated using the amount of slag in the cohesive zone as an index.
Amount of slag in the cohesive zone = Amount of FeO remaining on the upper surface of the cohesive zone + Amount of gangue in the iron-containing charge (1)
The present invention has been made based on the above findings, and the gist of the present invention is as follows.
本発明のある観点によれば、鉄含有装入物と炭素質装入物を高炉に交互に装入し、鉄含有装入物を加熱、還元して銑鉄を製造する高炉操業において、鉄含有装入物が溶融することで形成される融着帯の上面に存在する融液量である融着帯スラグ量:CSV(kg/tp)を、鉄含有装入物の融着帯の上面における残存FeO量(kg/tp)と鉄含有装入物の脈石量(kg/tp)との和として推定することを特徴とする融着帯スラグ量の推定方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, in a blast furnace operation in which iron-containing and carbonaceous charges are alternately charged into the blast furnace and the iron-containing charges are heated and reduced to produce pig iron, a method for estimating the amount of cohesive zone slag: CSV (kg/tp), which is the amount of molten liquid present on the upper surface of the cohesive zone formed by melting the iron-containing charges, is provided, characterized in that the method estimates the amount of cohesive zone slag: CSV (kg/tp) as the sum of the amount of FeO remaining on the upper surface of the cohesive zone of the iron-containing charges (kg/tp) and the amount of gangue of the iron-containing charges (kg/tp).
ここに、鉄含有装入物に対する荷重軟化試験を行って圧力損失が上昇を開始する時点の鉄含有装入物の還元率:Rsを求め、残存FeO量(kg/tp)を下記式(Ix)で算出してもよい。
残存FeO量(kg/tp)=(1833.236-202.842×FeO[%]/T.Fe[%])×(1-Rs/100)・・・(Ix)
T.Fe:鉄含有装入物中の全鉄分量(%)
FeO:鉄含有装入物中のFeO量(%)
Rs:鉄含有装入物に係る荷重軟化試験で測定した圧力損失上昇時の還元率(%)
Here, a load-softening test may be performed on the iron-containing charge to determine the reduction rate Rs of the iron-containing charge at the time when the pressure drop starts to increase, and the amount of remaining FeO (kg/tp) may be calculated by the following formula (Ix).
Residual FeO amount (kg/tp) = (1833.236-202.842 x FeO [%] / T.Fe [%]) x (1-Rs/100)... (Ix)
T. Fe: Total iron content (%) in the iron-containing charge
FeO: Amount of FeO in iron-containing charge (%)
Rs: Reduction rate (%) at the time of pressure drop increase measured in a load-softening test on iron-containing charge
また、複数の鉄含有装入物からなる装入物全体のCSVT(kg/tp)を下記式(II)で算出してもよい。
CSVT(kg/tp)=Σ(CSVi・wi・T.Fei)/Σ(wi・T.Fei)・・・(II)
CSVi:鉄含有装入物iのスラグ量(kg/tp)
Wi:鉄含有装入物iの配合率(%)、又は、配合原単位(kg/tp)
T.Fei:鉄含有装入物iのT.Fe(%)
In addition, the CSV T (kg/tp) of the entire burden consisting of a plurality of iron-containing burden materials may be calculated by the following formula (II).
CSV T (kg/tp) = Σ(CSV i・wi・T.Fe i )/Σ( wi・T.Fe i )...(II)
CSV i : Slag amount of iron-containing charge i (kg/tp)
W i : The blending ratio (%) of iron-containing charge i, or the blending unit (kg/tp)
T.Fe i : T.Fe (%) of iron-containing charge i
また、融着帯スラグ量の目標値を定め、上記の融着帯スラグ量の推定方法を用いた融着帯スラグ量の推定値が目標値以下となるように、(a)~(d)の少なくとも1つを行ってもよい。
(a)高炉に装入する鉄含有装入物の配合率の調整
(b)高炉に装入する鉄含有装入物のCaO、SiO2、Al2O3、MgO、CaO/SiO2、及び、FeOの1つ又は2つ以上の含有量の調整
(c)高炉に装入する鉄含有装入物の粒度の調整
(d)鉄含有装入物層に混合する炭素質装入物の量の調整
In addition, a target value for the amount of cohesive zone slag may be set, and at least one of (a) to (d) may be performed so that the estimated amount of cohesive zone slag using the above-mentioned method for estimating the amount of cohesive zone slag is equal to or less than the target value.
(a) Adjustment of the blending ratio of the iron-containing charge charged to the blast furnace; (b) Adjustment of the content of one or more of CaO, SiO2 , Al2O3 , MgO, CaO/ SiO2 , and FeO in the iron-containing charge charged to the blast furnace; (c) Adjustment of the particle size of the iron-containing charge charged to the blast furnace; (d) Adjustment of the amount of carbonaceous charge mixed into the iron-containing charge layer.
また、融着帯スラグ量の目標値が920~980kg/tpであってもよい。 The target amount of slag in the cohesive zone may also be 920 to 980 kg/tp.
また、融着帯スラグ量の目標値が830~890kg/tpであってもよい。 The target amount of slag in the cohesive zone may also be 830 to 890 kg/tp.
本発明によれば、焼結鉱、ペレット、塊鉱石などの鉄含有装入物を配合して装入する高炉操業において、融着帯の融液量を推定できる。その結果、高炉炉下部の炉況、特に、通気性の適否を正確に評価することが可能となる。また、高炉操業管理指標の一つとして融着帯スラグ量を用いることで、高炉炉下部における温度低下を抑制して、操業を安定化することができる。さらに、還元材比を低減して、省エネルギー化、低CO2化も期待できる。 According to the present invention, the amount of molten liquid in the cohesive zone can be estimated in blast furnace operation in which iron-containing charges such as sintered ore, pellets, and lump ore are mixed and charged. As a result, it becomes possible to accurately evaluate the furnace conditions in the lower part of the blast furnace, in particular, the suitability of the gas permeability. In addition, by using the amount of slag in the cohesive zone as one of the blast furnace operation management indicators, it is possible to suppress the temperature drop in the lower part of the blast furnace and stabilize the operation. Furthermore, it is possible to reduce the reducing agent ratio, thereby saving energy and reducing CO2 .
<本発明の経緯>
まず、本発明に至る経緯について説明する。
(融着帯と通気性)
高炉の炉頂部から装入した鉄含有装入物(焼結鉱、ペレット、塊鉱石など)は、炉内を降下しながら、羽口から吹き込まれた熱風とコークスが反応して生成した還元ガス(CO、H2)によって加熱、還元され、高炉シャフト部で融着帯を形成する。炉内通気性は、この融着帯の通気性に影響を受ける。そして、融着帯の通気性は融着帯に存在する融液量(スラグ量)に依存する。(図2、融着帯の図)
<Background to the Invention>
First, the background to the present invention will be described.
(Cohesive zone and breathability)
Iron-containing charges (sinter, pellets, lump ore, etc.) charged from the top of the blast furnace are heated and reduced by reducing gas (CO, H2 ) generated by the reaction of hot air blown in from the tuyeres with coke as they descend through the furnace, forming a cohesive zone in the shaft of the blast furnace. The permeability of the furnace is affected by the permeability of this cohesive zone, which in turn depends on the amount of molten liquid (amount of slag) present in the cohesive zone. (Figure 2, diagram of the cohesive zone)
(荷重軟化試験)
融着帯の生成挙動を調査する目的で、荷重軟化試験装置を用いた荷重軟化試験(高温性状試験)を行った。荷重軟化試験は、鉄含有装入物の上下をコークス層で挟んだ充填層を電気炉内で還元する試験であって、高炉内での荷重、温度上昇および還元ガスの濃度変化を模擬した条件を鉄含有装入物に付与することで鉄含有装入物の還元、軟化・融着挙動を再現した試験である。排ガスの分析から鉄含有装入物の還元率の変化を、充填層を通過する還元ガスの圧力変化から充填層の通気抵抗変化を計測する。荷重軟化試験方法は、非特許文献:鉄と鋼83(1997)97に記載された方法に従って行った。
(Load softening test)
In order to investigate the formation behavior of the cohesive zone, a load-softening test (high-temperature property test) was conducted using a load-softening test device. The load-softening test is a test in which a packed bed in which an iron-containing charge is sandwiched between coke layers on the top and bottom is reduced in an electric furnace, and the reduction, softening, and fusion behavior of the iron-containing charge are reproduced by applying conditions simulating the load, temperature rise, and concentration change of the reducing gas in a blast furnace to the iron-containing charge. The change in the reduction rate of the iron-containing charge is measured from the analysis of the exhaust gas, and the change in the air resistance of the packed bed is measured from the pressure change of the reducing gas passing through the packed bed. The load-softening test method was performed according to the method described in Non-Patent Document: Iron and Steel 83 (1997) 97.
(焼結鉱の荷重軟化挙動)
図1に、焼結機で製造した焼結鉱を10~15mmに整粒して作製した試料を用いて荷重軟化試験を行った結果と、その解析結果を示す。図1(a)は、還元率(%)と圧力損失(mmAQ)の変化を示す。ここに、還元率は、被還元酸素量に対する、還元で除去された酸素量の割合で定義される。図1(b)は、加熱還元試験結果を解析した結果を示す。図1(a)、(b)の横軸は共通で鉄含有装入物(ここでは焼結鉱)の温度(℃)である。図1(b)の縦軸のFeO+脈石(kg/tp)の計算方法については後述する。
(Load-softening behavior of sintered ore)
Figure 1 shows the results of a load-softening test using a sample prepared by sintering sintered ore produced in a sintering machine to a size of 10-15 mm, and the analysis results. Figure 1(a) shows the change in reduction ratio (%) and pressure drop (mmAQ). Here, the reduction ratio is defined as the ratio of the amount of oxygen removed by reduction to the amount of oxygen to be reduced. Figure 1(b) shows the analysis results of the heating reduction test. The horizontal axis of Figures 1(a) and (b) is the temperature (°C) of the iron-containing charge (sintered ore in this case). The calculation method for FeO + gangue (kg/tp) on the vertical axis of Figure 1(b) will be described later.
図1(a)から加熱温度の上昇に伴い還元率が上昇すること、図1(b)から還元率の上昇に従い融液(残存FeO+脈石)量が減少し、最終的には脈石量だけとなることが解る。また、脈石量に比べ、残存FeO量の存在が大きく、融着帯内部で共存する融液量を算出する場合、残存FeO量を考慮することが不可欠であることも解る。 Figure 1 (a) shows that the reduction rate increases with an increase in heating temperature, and Figure 1 (b) shows that the amount of molten liquid (remaining FeO + gangue) decreases as the reduction rate increases, until finally only the gangue remains. It also shows that the amount of remaining FeO is greater than the amount of gangue, and that it is essential to take the amount of remaining FeO into account when calculating the amount of molten liquid coexisting inside the cohesive zone.
また、1250℃付近で、通気抵抗が急上昇し、圧力損失が急増する。これは、試料を構成する焼結鉱粒子間の間隙が、融液(厳密には、固体が懸濁した融液)で、ほぼ完全に埋まるからである。ここに、圧力損失が急上昇(温度上昇に伴う圧力損失上昇の割合が10(mmAQ/℃)以上となる)する点を“軟化融着点”と定義し、圧力損失が急上昇するときの還元率を“Rs”と定義する(図1(a)、参照)。軟化融着点は、本質的には、間接還元帯と溶融還元帯を区分する閾値であり、高炉では、融着帯上面(における還元率及び温度)に相当する。 At around 1250°C, the airflow resistance rises sharply and the pressure drop increases sharply. This is because the gaps between the sintered ore particles that make up the sample are almost completely filled with molten liquid (strictly speaking, molten liquid with suspended solids). Here, the point at which the pressure drop rises sharply (the rate of increase in pressure drop with temperature rise is 10 (mmAQ/°C) or more) is defined as the "softening and fusion point," and the reduction rate at which the pressure drop rises sharply is defined as "Rs" (see Figure 1(a)). The softening and fusion point is essentially the threshold value that distinguishes the indirect reduction zone from the molten reduction zone, and in a blast furnace, it corresponds to the upper surface of the fusion zone (the reduction rate and temperature at that point).
この加熱温度が1250℃超の温度域では、ガス還元は進行せず、融液と炭素の接触による溶融還元が主体的に進行する。このとき、融液の成分は、脈石成分(CaO+SiO2+Al2O3+MgO)と未還元FeO(ウスタイト相)である。 In the heating temperature range above 1250° C., gas reduction does not proceed, and melt reduction due to contact between the molten liquid and carbon proceeds primarily. At this time, the components of the molten liquid are gangue components (CaO+SiO 2 +Al 2 O 3 +MgO) and unreduced FeO (wustite phase).
そこで、本発明者らは、高炉の操業において、炉下部の通気抵抗を支配する因子は、全装入物のCaO、SiO2、Al2O3およびMgO成分の和とする従来のスラグ量ではなく、本質的には、圧力損失が上昇し始める温度、すなわち融着帯上面において存在する融液量であると考えた。しかし、この融液量を、直接測定する手段、又は、間接的にも評価する手段は、これまで提案されていない。 Therefore, the inventors of the present invention have considered that the factor governing the ventilation resistance in the lower part of a blast furnace is not the conventional amount of slag, which is the sum of the CaO, SiO2 , Al2O3 and MgO components of all the charges, but is essentially the temperature at which the pressure drop starts to increase, that is, the amount of molten liquid present at the upper surface of the cohesive zone. However, no means for directly measuring the amount of molten liquid or indirectly evaluating it has been proposed so far.
<融着帯スラグ量の推定方法>
本発明者らは、融着帯スラグ量(CSV)を残存FeO(ウスタイト相)量と鉄含有装入物の脈石量との和(式(1))として推定することを着想した。融着帯スラグ量は、高炉の炉況、特に、炉内通気性を適正に維持するために、本発明者らが定義した新規な指標であり、本発明の基礎をなす特徴である。
<Method for estimating the amount of slag in the cohesive zone>
The inventors came up with the idea of estimating the cohesive zone slag volume (CSV) as the sum of the amount of remaining FeO (wüstite phase) and the amount of gangue in the iron-containing burden (Equation (1)). The cohesive zone slag volume is a new index defined by the inventors in order to properly maintain the furnace conditions, particularly the furnace gas permeability, of the blast furnace, and is a fundamental feature of the present invention.
融着帯スラグ量=融着帯上面での残存FeO量+鉄含有装入物の脈石量・・・(1)
図2に、本発明者らの考えによる指標と、従来指標を対比して示し、図2に基づいて、融着帯に存在する融液量の推定方法について説明する。
Amount of slag in the cohesive zone = Amount of FeO remaining on the upper surface of the cohesive zone + Amount of gangue in the iron-containing charge (1)
FIG. 2 shows a comparison between the index proposed by the present inventors and a conventional index, and a method for estimating the amount of melt present in the cohesive zone will be described with reference to FIG.
(鉄含有装入物の脈石量)
鉄含有装入物の脈石量は、鉄含有装入物の鉄以外の成分の合計量である(図2、参照)。脈石量は、装入物の化学成分としてのT.Fe、FeOおよびFe2O3質量%を用いて、式(2)で算出できる。式中、「950」は、銑鉄がCを5質量%含有するとして定めた、溶銑1トン当たりの鉄分原単位(kg/tp)である。以下「%」は「質量%」を意味する。
脈石量(kg/tp)={(100-Fe2O3[%]-FeO[%])/T.Fe[%]}・950・・・(2)
(Amount of gangue in iron-containing charge)
The gangue amount of the iron-containing charge is the total amount of components other than iron in the iron-containing charge (see FIG. 2). The gangue amount can be calculated by formula (2) using T.Fe, FeO, and Fe2O 3 mass% as the chemical components of the charge. In the formula, "950" is the iron content per ton of molten iron (kg/tp) determined based on the assumption that the pig iron contains 5 mass% C. Hereinafter, "%" means "mass%".
Gangue amount (kg/tp) = {(100-Fe 2 O 3 [%] - FeO [%]) / T. Fe[%]}・950...(2)
Fe2O3[%]は、T.Fe[%]とFeO[%]から、式(3)で求めることができる。 Fe 2 O 3 [%] can be calculated from T.Fe [%] and FeO [%] by the formula (3).
Fe2O3[%]={(55.85×2+16×3)/55.85×2}×{T.Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%] } ・・・(3)
式(2)と式(3)から、脈石量を求める式(4)が得られる。
Fe 2 O 3 [%] = {(55.85×2+16×3)/55.85×2}×{T. Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%] } ...(3)
From equations (2) and (3), equation (4) for calculating the amount of gangue can be obtained.
脈石量(kg/tp)={100-{(55.85×2+16×3)/55.85×2}×{T.Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%] }-FeO[%] }/T.Fe[%]・950
=(100-1.4297×T.Fe[%]+0.1113×FeO[%])/T.Fe[%]・950・・・(4)
Amount of gangue (kg/tp) = {100-{(55.85×2+16×3)/55.85×2}×{T. Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%] }-FeO[%] }/T. Fe[%]・950
=(100-1.4297×T.Fe[%]+0.1113×FeO[%])/T. Fe[%]・950...(4)
脈石量は、装入物の化学分析から決定されるT.Fe(質量%)とFeO(質量%)から一義的に定まり、還元の進行によらず、一定である(図2中、「脈石」、参照)。 The amount of gangue is uniquely determined from the T.Fe (mass%) and FeO (mass%) determined from chemical analysis of the charge, and is constant regardless of the progress of reduction (see "Gangue" in Figure 2).
(装入物原単位(鉱石比OR))
鉱石比OR(鉄含有装入物の質量(kg)/銑鉄の質量(t))が判明している場合は、鉄含有装入物の化学分析から式(4)に代えて、式(5)で脈石量を推定してもよい。
脈石量(kg/tp)=OR(kg/tp)/0.95-1000 ・・・(5)
(Charge material unit (ore ratio))
If the ore ratio OR (mass of iron-containing charge (kg)/mass of pig iron (t)) is known, the amount of gangue may be estimated using formula (5) instead of formula (4) from a chemical analysis of the iron-containing charge.
Gangue amount (kg/tp) = OR (kg/tp)/0.95-1000 ... (5)
(残存FeO量)
次に、圧力損失が上昇し始める時点、すなわち融着帯上面において残存するウスタイト相量である残存FeO量の算出について説明する。
(Residual FeO content)
Next, the calculation of the amount of remaining FeO, which is the amount of the wustite phase remaining at the time when the pressure drop begins to increase, i.e., at the upper surface of the cohesive zone, will be described.
還元率は、被還元酸素量に対する、還元で除去された酸素量の割合で定義される。圧力損失が上昇し始める時点での還元率Rsを用いると式(6)となる。
Rs(%)={(Oi-Or)/Oi}・100・・・(6)
式(6)から、式(7)を得る。
Or(kg/tp)=(1-Rs/100)・Oi・・・(7)
The reduction rate is defined as the ratio of the amount of oxygen removed by reduction to the amount of oxygen to be reduced. When the reduction rate Rs at the time when the pressure drop starts to increase is used, the following formula (6) is obtained.
Rs (%) = {(Oi-Or)/Oi}・100...(6)
From equation (6), equation (7) is obtained.
Or(kg/tp)=(1-Rs/100)・Oi...(7)
ここで、Oiは、装入物の還元前の被還元酸素量(kg/tp)、Orは、還元率Rsのときに残存している残存酸素量である(図2中、装入物中のOと、還元途中の残存O、参照)。 Here, Oi is the amount of oxygen to be reduced before the reduction of the charge (kg/tp), and Or is the amount of oxygen remaining at the reduction rate Rs (see Figure 2 for O in the charge and O remaining during reduction).
Oiは、式(8)で算出される。
Oi(kg/tp)={16×1.5/55.85×{T.Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%]}+16/55.85×FeO[%]}/T.Fe[%]・950 ・・・(8)
Oi is calculated using equation (8).
Oi (kg/tp)={16×1.5/55.85×{T. Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%]}+16/55.85×FeO[%]}/T. Fe[%]・950...(8)
よって、式(7)から、式(9)が得られる。
Or(kg/tp)={16×1.5/55.85×{T.Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%]}+16/55.85×FeO[%]}/T.Fe[%]・950×(1-Rs/100)・・・(9)
Therefore, from equation (7), equation (9) is obtained.
Or(kg/tp)={16×1.5/55.85×{T. Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%]}+16/55.85×FeO[%]}/T. Fe [%]・950×(1-Rs/100)...(9)
残存酸素量Orは、1000℃以上の炉内で、ウスタイト(FeO)として存在しているので、残存FeO量は、式(10)で表すことができる。即ち、残存FeO量は、還元の進行とともに線形的に減少する(図2、参照)。 The amount of remaining oxygen Or exists as wustite (FeO) in a furnace at 1000°C or higher, so the amount of remaining FeO can be expressed by formula (10). That is, the amount of remaining FeO decreases linearly as reduction progresses (see Figure 2).
残存FeO量(kg/tp)={16×1.5/55.85×{T.Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%]}+16/55.85×FeO[%]}/T.Fe[%]・950×(1-Rs/100)×{(55.85+16)/16}
= (1833.236-202.842×FeO[%]/T.Fe[%])×(1-Rs/100) ・・・(10)
Amount of residual FeO (kg/tp) = {16×1.5/55.85×{T. Fe[%]-55.85/(55.85+16)×FeO[%]}+16/55.85×FeO[%]}/T. Fe [%]・950×(1-Rs/100)×{(55.85+16)/16}
= (1833.236-202.842×FeO[%]/T.Fe[%])×(1-Rs/100) ... (10)
(融着帯スラグ量CSV)
式(4)と式(10)から、融着帯スラグ量は、式(11)で表すことができる。
融着帯スラグ量(kg/tp)=残存FeO量(kg/tp)+脈石量(kg/tp)
=(1833.236-202.842×FeO[%]/T.Fe[%])×(1-Rs/100)+(100-1.4297×T.Fe[%]+0.1113×FeO[%] }/T.Fe[%]・950・・・(11)
(Cohesive zone slag amount CSV)
From equations (4) and (10), the amount of slag in the cohesive zone can be expressed by equation (11).
Amount of cohesive zone slag (kg/tp) = Amount of remaining FeO (kg/tp) + Amount of gangue (kg/tp)
= (1833.236-202.842×FeO[%]/T.Fe[%])×(1-Rs/100)+(100-1.4297×T.Fe[%]+0.1113×FeO[%] }/T.Fe[%]・950...(11)
実際には、炉内の圧力損失が急上昇する時点で、融着帯内のスラグが、全て液相になっているわけではなく、その時点以降の高温領域で、順次、液相化する。したがって、本発明者らが新規に定義した指標の“融着帯スラグ量”(CSV)は、正確には、融着帯の内部に存在する“液相化し得るスラグ量”を意味している。 In reality, not all of the slag in the cohesive zone is liquid at the point when the pressure drop in the furnace suddenly rises, but rather it gradually becomes liquid in the high temperature region after that point. Therefore, the "cohesive zone slag volume" (CSV), a newly defined indicator by the inventors, precisely means the "amount of slag that can become liquid" that exists inside the cohesive zone.
(Rsの決定方法)
残存FeO量を推定するのに必要なRsは、前述の荷重軟化試験を当該鉄含有装入物について実施し、軟化融着点(圧力損失が上昇し始める時点)での還元率として求めることができる。
(Method of determining Rs)
Rs required for estimating the amount of remaining FeO can be obtained as the reduction rate at the softening and fusion point (the point at which pressure loss begins to increase) by carrying out the above-mentioned load-softening test on the iron-containing charge.
また、高炉の数学モデルを用いて、計算機シミュレーションで推定してもよい。 It may also be estimated by computer simulation using a mathematical model of the blast furnace.
なお、荷重軟化試験においては、同一試料を用いても、還元条件や装置特性により、Rsに変化が生じる場合があるが、本発明は、炉況の適否を相対的に評価することを主眼としているので、Rsが変化しても問題はない。 In addition, in load-softening tests, even when the same sample is used, Rs may change depending on the reduction conditions and equipment characteristics. However, since the main focus of this invention is to relatively evaluate the suitability of the furnace conditions, changes in Rs do not pose a problem.
(鉄含有装入物が複数の原料から構成される場合)
焼結鉱、塊鉱石、及び、ペレットなどの各種の鉄含有装入物から構成される装入物全体のCSV(以下「CSVT」という。)は、個々の鉄含有装入物のCSV(CSVi)の質量加重算術平均として求めることができる。即ち、CSVTは、式(12)で求めることができる。
(When the iron-containing charge is composed of multiple raw materials)
The CSV of the entire burden consisting of various iron-containing burden materials such as sinter, lump ore, and pellets (hereinafter referred to as "CSV T ") can be calculated as the mass-weighted arithmetic average of the CSVs (CSVi) of the individual iron-containing burden materials. That is, CSV T can be calculated by the formula (12).
CSVT(kg/tp)=Σ(CSVi・wi・T.Fei)/Σ(wi・T.Fei)・・・(12) CSV T (kg/tp) = Σ(CSV i・wi・T.Fe i )/Σ( wi・T.Fe i )...(12)
ここで、CSVi:装入物iのCSV(kg/tp)
Wi:装入物iの配合率(質量%)(配合率に代えて配合原単位(kg/tp)を用いてもよい。ただし、計算の際はどちらかに統一する。)
T.Fei:装入物iのT.Fe(質量%)
Here, CSV i : CSV of charge i (kg/tp)
W i : Blending ratio (mass%) of charge i (The blending unit (kg/tp) may be used instead of the blending ratio. However, the calculation should be unified to either one.)
T.Fe i : T.Fe (mass%) of charge i
指標“CSVT”は、各種の鉄含有装入物から構成される装入物の特性を総括的に示す指標である。そして、指標“CSVT”は、特性の異なる複数の焼結鉱等を使用する場合にも同様に適用することができる。
(従来指標との比較:CSV)
The index "CSV T " is an index that collectively indicates the characteristics of a burden composed of various iron-containing burdens. The index "CSV T " can also be applied to the case where a plurality of sintered ores with different characteristics are used.
(Comparison with conventional indicators: CSV)
表1に、粒径10~15mmの各種の鉄含有装入物につき、化学分析で求めたT.Fe(%)とFeO(%)と脈石量(SV)及び荷重軟化試験で測定した軟化融着点での還元率Rs(%)と式(11)を用いて算出したCSV(kg/tp)と通気抵抗の温度積分であるS値を示す。ここに、塊鉱石のT.Fe量は、仮焼後の値である。なお、通常操業管理に用いられている炉床スラグ量(SV)は、鉄含有装入物に由来する脈石に加え、成分組成調整用の副原料、コークス及び微粉炭中のアッシュを含むので、鉄含有装入物に由来する脈石量より約50kg/tpほど多い。 Table 1 shows the T.Fe (%), FeO (%), and gangue volume (SV) determined by chemical analysis for various iron-containing charges with particle sizes of 10 to 15 mm, the reduction rate Rs (%) at the softening and fusion point measured in a load-softening test, the CSV (kg/tp) calculated using formula (11), and the S value, which is the temperature integral of the airflow resistance. Here, the T.Fe amount of the lump ore is the value after calcination. Note that the hearth slag volume (SV) used in normal operation management includes not only gangue derived from the iron-containing charges, but also auxiliary materials for adjusting the composition, coke, and ash in the pulverized coal, and is therefore about 50 kg/tp more than the gangue volume derived from the iron-containing charges.
表1に示すように、高炉の炉内通気性を模擬したS値は、鉄含有装入物の脈石量とは対応せず、本発明のCSVとよく対応することが判る。このことは、本発明のCSVは、脈石量に加えて、還元の進行によって変化する未還元FeO量を考慮しているからである。 As shown in Table 1, the S value simulating the permeability inside a blast furnace does not correspond to the amount of gangue in the iron-containing charge, but corresponds well to the CSV of the present invention. This is because the CSV of the present invention takes into account not only the amount of gangue, but also the amount of unreduced FeO, which changes as reduction progresses.
(従来指標との比較:CSVT)
実際の高炉操業では複数の鉄含有装入物を混合して使用する。その場合は、融着帯スラグ量としてCSVTを用いる。次に、SVとCSVTとを比較した例を示す。
(Comparison with conventional indicators: CSV T )
In actual blast furnace operation, multiple iron-containing charges are mixed and used. In that case, CSV T is used as the amount of slag in the cohesive zone. Next, an example comparing SV and CSV T is shown.
出銑量を一定として、焼結鉱をぺレットに15%置換していった際の下部K値の変化を図3に示す。下部K値とは、高炉炉下部の通気抵抗を評価する指標であり、下記式で算出される。
羽口から所定の高さに対し
K=(P12-P22)/G1.7
ただし、P1:送風圧力(MPa)
P2:高炉所定部の圧力(MPa)
G:高炉のボッシュガス量(Nm3/min)
この場合、コークス性状、含鉄装入物の性状、その他の操業影響因子で補正した値である。焼結鉱からペレットへの置き換えによって、炉床スラグ量(SV)は290から265kg/tpへと低減したものの、下部K値は逆傾向を示し、1.8から1.9へ悪化した(図3(a))。一方、ペレットの高温被還元性を考慮したCSVTでこの時の変化を示すと、装入物の平均CSVTは910から895kg/tpまで低減しており、高炉の通気性変化を合理的に説明可能であった(図3(b))。
The change in the lower K value when 15% of the sintered ore was replaced with pellets while keeping the iron production rate constant is shown in Figure 3. The lower K value is an index for evaluating the air flow resistance in the lower part of the blast furnace and is calculated by the following formula.
For a given height from the tuyere, K = (P1 2 - P2 2 )/G 1.7
Where P1: Air pressure (MPa)
P2: Pressure at a specific part of the blast furnace (MPa)
G: Amount of bosh gas in the blast furnace ( Nm3 /min)
In this case, the values were corrected for the coke properties, the properties of the iron-containing charge, and other operational factors. By replacing sintered ore with pellets, the hearth slag volume (SV) was reduced from 290 to 265 kg/tp, but the lower K value showed the opposite trend, worsening from 1.8 to 1.9 (Figure 3(a)). On the other hand, when the change at this time was shown in CSV T , which takes into account the high-temperature reducibility of pellets, the average CSV T of the charge was reduced from 910 to 895 kg/tp, which could reasonably explain the change in permeability of the blast furnace (Figure 3(b)).
(出銑比との対応)
出銑比が1.9~2.2の間で変化した高炉の1年間の操業につき、出銑量との対応を確認した例を図4に示す。図4(a)は下部K値と融着帯スラグ量(CSVT)の関係を示し、図4(b)は出銑比と融着帯スラグ量(CSVT)の関係を示す。図5に示すように、下部K値と融着帯スラグ量(CSVT)との相関、及び、出銑比と融着帯スラグ量(CSVT)との相関は極めて良好である。
(Correspondence with productivity)
Figure 4 shows an example of the correlation between the productivity and the amount of pig iron produced during one year of operation of a blast furnace in which the productivity changed between 1.9 and 2.2. Figure 4(a) shows the relationship between the lower K value and the amount of cohesive zone slag (CSV T ), and Figure 4(b) shows the relationship between the productivity and the amount of cohesive zone slag (CSV T ). As shown in Figure 5, the correlation between the lower K value and the amount of cohesive zone slag (CSV T ), and the correlation between the productivity and the amount of cohesive zone slag (CSV T ) are extremely good.
以上のことより、本発明で新規に定義した指標“融着帯スラグ量”、“CSV”又は“CSVT”を用いれば、従来指標(SV)よりも、精度良く、炉下部の炉況、特に、通気性の良否を適確に評価できることが解る。さらに、“CSV”又は“CSVT”は、融着帯上面でのFeO含有融液量を直接的に評価する指標であり、指標の大小が、炉下部の熱条件に影響を及ぼすので、結果的に、還元材比にも影響を及ぼし、炉内通気性との関係と相俟って、出銑比とも良好な相関を示すことが解る。 From the above, it can be seen that the use of the newly defined indicators "cohesive zone slag amount", "CSV" or "CSV T " in the present invention makes it possible to more accurately evaluate the furnace conditions in the lower furnace, particularly the quality of gas permeability, than the conventional indicator (SV). Furthermore, "CSV" or "CSV T " is an indicator that directly evaluates the amount of FeO-containing molten liquid at the upper surface of the cohesive zone, and the magnitude of the indicator affects the thermal conditions in the lower furnace, which in turn affects the reducing agent rate, and in conjunction with the relationship with furnace gas permeability, it shows a good correlation with the iron production rate.
<高炉の操業方法>
本発明の高炉の操業方法は、操業管理指標の一つとして融着帯スラグ量(CSVT)を使用するものである。具体的には、CSVTの目標値を定め、上述の推定方法に基づいて推定されるCSVTの推定値が前記目標値以下となるように、(a)~(d) の少なくとも1つを行うことを特徴とする高炉操業方法である。
<Blast furnace operation method>
The method of operating a blast furnace of the present invention uses the amount of cohesive zone slag ( CSVT ) as one of the operational management indexes. Specifically, the method of operating a blast furnace is characterized in that a target value of CSVT is set, and at least one of (a) to (d) is carried out so that the estimated value of CSVT based on the above-mentioned estimation method is equal to or less than the target value.
(a)高炉に装入する鉄含有装入物の配合率の調整
(b)高炉に装入する鉄含有装入物のCaO、SiO2、Al2O3、MgO、CaO/SiO2、及び、FeOの1つ又は2つ以上の含有量の調整
(c)高炉に装入する鉄含有装入物の粒度の調整
(d)鉄含有装入物層に混合する炭素質装入物の量の調整
(a) Adjustment of the blending ratio of the iron-containing charge charged to the blast furnace; (b) Adjustment of the content of one or more of CaO, SiO2 , Al2O3 , MgO, CaO/ SiO2 , and FeO in the iron-containing charge charged to the blast furnace; (c) Adjustment of the particle size of the iron-containing charge charged to the blast furnace; (d) Adjustment of the amount of carbonaceous charge mixed into the iron-containing charge layer.
ここに、CSVTの目標値を920~980kg/tpとしてもよい。実施例1で後述するように、CSVTを920~980kg/tpの範囲とすることで、高炉の通気性が顕著に改善される。
さらに、CSVTの目標値を830~890kg/tpとするのが好ましい。実施例2で後述するように、CSVTを830~890kg/tpの範囲とすることで、通気性の改善だけでなく、還元材比の低減も図れる。以下、順に(a)~(d) の調整の内容を説明する。
Here, the target value of CSV T may be set to 920 to 980 kg/tp. As described later in Example 1, by setting CSV T in the range of 920 to 980 kg/tp, the permeability of the blast furnace is significantly improved.
Furthermore, it is preferable to set the target value of CSV T to 830 to 890 kg/tp. As will be described later in Example 2, by setting CSV T in the range of 830 to 890 kg/tp, not only the air permeability can be improved but also the reducing agent rate can be reduced. The details of the adjustments (a) to (d) will be explained below in order.
(高炉に装入する鉄含有装入物の配合率の調整)
表2を用いて、鉄含有装入物の配合率を調整する方法を説明する。ここに、焼結鉱A、塊鉱石B、ペレットCの諸元は表1に示している。
焼結鉱比70%、塊鉱比15%、ペレット比15%で操業しており、この時のCSVTは1035kg/tpであったとする(操業1)。このとき、何らかの原因で通気が不安定になったとき、例えばCSVT目標値を30kg低減する。その目標値を達成するために、例えば、塊鉱10%を焼結鉱10%に置き換えればよい。これによって、CSVTが1035kg/tpから1004kg/tpへ低減する(操業2)。
(Adjustment of the blending ratio of iron-containing charge to be charged into the blast furnace)
A method for adjusting the blending ratio of the iron-containing charge will be described with reference to Table 2. The specifications of sinter A, lump ore B, and pellets C are shown in Table 1.
The mill is operating with a sinter ratio of 70%, lump ore ratio of 15%, and pellet ratio of 15%, and the CSV T at this time is 1035 kg/tp (operation 1). If ventilation becomes unstable for some reason, the CSV T target value is reduced by, for example, 30 kg. To achieve this target value, for example, 10% of the lump ore can be replaced with 10% of the sinter. This reduces the CSV T from 1035 kg/tp to 1004 kg/tp (operation 2).
さらに下部K値は、図3(b)で得られた相関式(K値=0.0031×CSVT-0.9)に基づけば、2.3から2.2に低下することが期待できる。 Furthermore, the lower K value is expected to decrease from 2.3 to 2.2 based on the correlation equation (K value=0.0031×CSV T −0.9) obtained in FIG. 3( b ).
(高炉に装入する鉄含有装入物の化学成分の調整)
表2を用いて、鉄含有装入物の化学成分を調整する方法を説明する。ここに、焼結鉱Bの諸元は表1に示している。
(Adjustment of chemical composition of iron-containing charge to be charged into blast furnace)
A method for adjusting the chemical composition of the iron-containing charge will be described with reference to Table 2. The specifications of sintered ore B are shown in Table 1.
前記操業1に対して、焼結鉱Aに代えてT.Feの高い焼結鉱Bとする操業3に移行することもできる。このとき、CSVTが1035kg/tpから958kg/tpへ低減し、下部K値は2.3から2.1に低下することが期待できる(操業3)
It is also possible to switch to
(装入物の粒度制御による調整)
高炉装入物の反応特性は、固気反応を主体として決定されるので、粒度の依存性が高い。従って、指標“CSV”又は“CSVT”も次に説明する装入物粒度の影響を考慮したCSV’’を用いるのがよい。
(Adjustment by controlling particle size of charge)
The reactivity of the blast furnace burden is determined mainly by solid-gas reactions, and is therefore highly dependent on particle size. Therefore, it is preferable to use the CSV'' that takes into account the effect of the particle size of the burden as described below for the indicator "CSV" or "CSV T ."
図5に、焼結鉱と塊鉱石のCSVの粒度依存性を調査した結果を示す。ここに、平均粒径MS(mm)は、以下の式から求める重量基準平均径である。
MS=Σ(Wi・Di)/ΣWi
Wi 粒度区分iの重量 (g)
Di 粒度区分iの中央値 (mm)
図5に示すように、いずれの鉄含有装入物も、平均粒径(MS)の増加に伴ってCSVは上昇したが、影響係数は、鉄含有装入物の種類に依らず、+28(kg/tp)/(MS+1mm)であった。
Figure 5 shows the results of investigating the particle size dependency of CSV for sintered ore and lump ore. Here, the average particle size MS (mm) is the weight-based average diameter calculated from the following formula:
MS=Σ(Wi・Di)/ΣWi
Wi weight of grain size class i (g)
Di Median of particle size class i (mm)
As shown in FIG. 5, the CSV increased with an increase in the average particle size (MS) of all the iron-containing charges, but the influence coefficient was +28 (kg/tp)/(MS+1 mm) regardless of the type of iron-containing charge.
この影響係数を用いて、粒径を考慮した鉄含有装入物のCSV’を、式(13)で定義することができる。
CSV’(kg/tp)=Σ(CSV’’i・wi・T.Fei)/Σ(wi・T.Fei)・・・(13)
Using this influence coefficient, the CSV' of the iron-containing charge taking into account the particle size can be defined by equation (13).
CSV' (kg/tp) = Σ(CSV''i・wi・T.Fei)/Σ(wi・T.Fei)...(13)
CSV’’iは、(粒径を考慮した鉄含有装入物のCSV)であり、下式で表すことができる。 CSV''i is the CSV of the iron-containing charge taking into account the particle size, and can be expressed by the following formula:
CSV’’i(kg/tp)=CSVi+28×(MS-12.5)
MS(mm):装入物の平均粒径(mm)
Wi:装入物iの配合率(質量%)、又は、配合原単位(kg/tp)
T.Fei:装入物iのT.Fe(質量%)
CSV'' i (kg/tp)=CSV i +28×(MS-12.5)
MS (mm): average particle size of charge (mm)
Wi: Blending ratio (mass%) of charge i, or blending unit (kg / tp)
T. Fei: T. of charge i. Fe (mass%)
逆に、装入物の粒度を制御することでCSV’’を調整できることになる。表2にペレットCを粒度が5mm小さいペレットC’’に全量振り代えた例を操業4として示す。ペレットC’’のCSV’’はペレットCの901から28×5=140小さい761となる。装入物のCSVは1014kg/tpとなり、下部K値は2.3から2.2に改善することが期待できる。
Conversely, CSV'' can be adjusted by controlling the particle size of the charge materials. Table 2 shows an example of
(炭材混合による調整)
図6に、焼結鉱単味の層に炭素含有物を混合し、荷重軟化試験装置を用いて測定したCSVを示す。粒径10~15mmの焼結鉱、粒径15~20mmの塊コークス、粒径10~15mmの小塊コークス、及び、炭素を20%含有する非焼成含炭ペレット(含炭塊成鉱)を使用した。炭素含有物の種類によって程度は異なるが、混合量の増加に伴い、CSVは低下する。これは、混合層内で、炭素のガス化反応(CO生成)が起こり、還元ガスの還元ポテンシャルが再生された結果である。なお、含有する炭素の粒度が細かいほど、CSVが低下する程度は大きい。
(Adjustment by mixing charcoal)
Figure 6 shows the CSV measured using a load-softening test device when carbon-containing materials were mixed into a layer of pure sintered ore. Sintered ore with a particle size of 10-15 mm, lump coke with a particle size of 15-20 mm, small lump coke with a particle size of 10-15 mm, and unfired carbon-containing pellets (carbon-containing agglomerated ore) containing 20% carbon were used. Although the degree varies depending on the type of carbon-containing material, the CSV decreases as the amount of mixture increases. This is the result of a carbon gasification reaction (CO generation) occurring in the mixed layer, regenerating the reduction potential of the reducing gas. Note that the finer the particle size of the carbon contained, the greater the degree of decrease in CSV.
このとき、CSVの低下係数、“CSVの変化(kg/tp)/(+1kg/tp)”は、図6から概ね以下のようになる。
塊コークス(粒径:15~20mm) :-1.0
小塊コークス(粒径:10~15mm):-2.0
含炭塊成鉱(粒径:10~15mm) :-3.3
したがって、各種の炭素含有物を鉄含有装入物に混合することでCSV値を制御できる。
At this time, the CSV reduction coefficient, "CSV change (kg/tp)/(+1 kg/tp)", is approximately as follows, based on FIG.
Lump coke (particle size: 15-20 mm): -1.0
Small coke (particle size: 10-15 mm): -2.0
Carbon-bearing agglomerate (particle size: 10-15mm): -3.3
Therefore, the CSV value can be controlled by mixing various carbon-containing materials with the iron-containing charge.
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, an embodiment of the present invention will be described. However, the conditions in the embodiment are merely an example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is not limited to this example of conditions. Various conditions may be adopted in the present invention as long as they do not deviate from the gist of the present invention and achieve the object of the present invention.
(実施例1)
焼結面積が600m2の焼結機で、T.Fe量の異なる焼結鉱を製造した。このとき、配合条件や、焼成条件(主に、焼成熱レベル)を変えて、焼結鉱の組織構造を変化させた。焼結鉱を荷重軟化試験に供して、軟化融着点還元率Rsを測定し、それぞれの焼結鉱のCSVを算出した。
Example 1
Sintered ores with different amounts of T.Fe were produced in a sintering machine with a sintering area of 600 m2 . At this time, the composition conditions and firing conditions (mainly the firing heat level) were changed to change the texture of the sintered ore. The sintered ores were subjected to a load softening test to measure the softening fusion point reduction rate Rs, and the CSV of each sintered ore was calculated.
5000m3の高炉の操業において、製造した焼結鉱を80%使用した。風圧変動が43hPa以下を維持し、ガス利用率ηCOが50.0%以上、溶銑温度が1500℃以上を満たす操業を行うことができた。 In the operation of a 5000 m3 blast furnace, 80% of the produced sintered ore was used. The wind pressure fluctuation was maintained at 43 hPa or less, the gas utilization rate ηCO was 50.0% or more, and the molten iron temperature was 1500°C or more.
操業結果を図7に示す。図7(a)に、本発明の“融着帯スラグ量”で評価した場合の操業結果を示し、図7(b)に、従来の“スラグ量”で評価した場合の操業結果を示す。
図7(a)に示すように、T.Fe量が異なっても、CSVが950kg/tp以下を満たす焼結鉱を用いれば、操業は良好である。具体的には、大きな通気変動を発生させずに、低い還元材比で操業が可能であった。
The results of the operation are shown in Figure 7. Figure 7(a) shows the results of the operation when evaluated using the "amount of slag in the cohesive zone" of the present invention, and Figure 7(b) shows the results of the operation when evaluated using the conventional "amount of slag."
As shown in Fig. 7(a), even if the T.Fe content is different, operation is good if sintered ore with a CSV of 950 kg/tp or less is used. Specifically, operation was possible at a low reducing agent rate without causing large aeration fluctuations.
ただし、T.Fe量が60%の脈石分が少ない焼結鉱でも、熱過剰の製造条件などにより気孔量が著しく低くて、Rsが低い場合は、CSVが950kg/tpを超えてしまい、操業は悪化する。 However, even if the sintered ore has a T.Fe content of 60% and a low gangue content, if the porosity is extremely low due to excessive heat production conditions and the Rs is low, the CSV will exceed 950 kg/tp and operation will deteriorate.
一方、T.Feが54.0%の脈石分の多い焼結鉱でも、装入物配合条件や焼成条件を最適化して、Rsが高い場合は、CSVTを950kg/tp以下とすることができ、操業は良好である。 On the other hand, even in the case of sintered ore with a high gangue content of T.Fe of 54.0%, if the charge blending conditions and firing conditions are optimized and Rs is high, the CSVT can be reduced to 950 kg/tp or less, and operation is good.
これに対し、従来指標の“スラグ量”を用いる場合は、図7(b)に示すように、上記焼結鉱を使用する高炉操業を一元的に評価することはできない。 In contrast, when using the conventional indicator "slag volume," as shown in Figure 7(b), it is not possible to comprehensively evaluate blast furnace operations that use the above-mentioned sintered ore.
(実施例2)
SiO2含有量が4.2~5.1質量%の範囲で異なる焼結鉱を用いて、荷重軟化試験とBIS炉評価試験を実施した。BIS試験条件は、実高炉内のアルカリ循環によるコークスの反応性向上を模擬するため、コークスのアルカリあり条件(KOHを3g/チャージ添加)で、還元材比が481kg/tp、微粉炭吹き込みが132kg/tpの条件を付与した(O/C 4.63、焼結鉱比100%、ボッシュガス1343Nm3/tp。
Example 2
Using sintered ores with different SiO2 contents ranging from 4.2 to 5.1 mass%, load-softening tests and BIS furnace evaluation tests were carried out. The BIS test conditions were as follows: coke with alkali (3 g KOH added per charge), reducing agent ratio of 481 kg/tp, pulverized coal injection of 132 kg/tp (O/C 4.63, sintered
なお、BIS炉は、高炉シャフト部の向流反応を模擬した試験方法である。予め固定した反応管内に焼結鉱とコークスを層状に装入し、加熱用電気炉を反応管の上部から下部へと移動させる。その間の還元ガスを反応管の上部から下部へ流通させることによって、高炉内の向流反応を模擬する。得られた排ガス(炉頂ガス)の成分値から反応効率(シャフト効率)を評価する。試験装置の詳細は実用新案JPU:S59-191597に、試験方法は非特許文献:鉄と鋼(1986)1529に記載があるので省略する。 The BIS furnace is a test method that simulates the countercurrent reaction in the shaft of a blast furnace. Sintered ore and coke are charged in layers into a pre-fixed reaction tube, and the heating electric furnace is moved from the top to the bottom of the reaction tube. The countercurrent reaction in a blast furnace is simulated by circulating reducing gas from the top to the bottom of the reaction tube. The reaction efficiency (shaft efficiency) is evaluated from the component values of the obtained exhaust gas (top gas). Details of the test equipment are described in Utility Model JPU: S59-191597, and the test method is described in Non-Patent Document: Iron and Steel (1986) 1529, so they are omitted here.
試験結果を図8に示す。荷重軟化試験でのS値(圧損の時間積分値)がCSVの低下に伴い低下する(図8b)とともに、BIS試験でのシャフト効率も改善した(図8a)。特にCSVが860kg/tp以下の焼結鉱は、BIS炉で97%以上の高いシャフト効率を示した。 The test results are shown in Figure 8. The S value (time integral value of pressure loss) in the load-softening test decreased with decreasing CSV (Figure 8b), and the shaft efficiency in the BIS test also improved (Figure 8a). In particular, sintered ore with a CSV of 860 kg/tp or less showed a high shaft efficiency of over 97% in the BIS furnace.
(実施例3)
表3に示すCSVが異なる2種の焼結鉱1および焼結鉱2を用いて高炉操業試験を実施した。
Example 3
A blast furnace operation test was carried out using two types of
CSVが860kg/tpであった焼結鉱2の使用期間の高炉操業の還元材比は、CSVが995kg/tpの焼結鉱1の使用期間の還元材比に比べて、溶銑1トン当たり5kg低下した。
The reducing agent rate of blast furnace operation during the period when sintered
この結果から、CSVが860kg/tp以下とすることにより、通気性の改善だけでなく、還元材比も低減できることが判った。 These results show that by keeping the CSV at 860 kg/tp or less, not only can air permeability be improved but the reducing agent ratio can also be reduced.
前述のように、本発明によれば、焼結鉱、ペレット、塊鉱石などの装入物を配合して装入する高炉操業において、炉内通気性を改善し得る適適切な装入物の配合設計を行うことが可能となり、その結果、高炉炉下部における温度低下を抑制して、操業を安定化することができる。さらに、本発明によれば、高炉操業において、還元材比を低減して、省エネルギー化、低CO2化が可能となる。 As described above, according to the present invention, in blast furnace operation in which a mixture of sintered ore, pellets, lump ore, and other charges is charged, it is possible to carry out an appropriate charge mix design that can improve the permeability inside the furnace, and as a result, it is possible to suppress a temperature drop in the lower part of the blast furnace and stabilize the operation. Furthermore, according to the present invention, it is possible to reduce the reducing agent ratio in blast furnace operation, thereby saving energy and reducing CO2 .
よって、本発明は、工業的及び社会的な貢献が多大なものであり、産業上の利用可能性が高いものである。 Therefore, the present invention will make a significant industrial and social contribution and has high industrial applicability.
Claims (6)
残存FeO量(kg/tp)=(1833.236-202.842×FeO[%]/T.Fe[%])×(1-Rs/100)・・・(Ix)
T.Fe:鉄含有装入物中の全鉄分量(%)
FeO:鉄含有装入物中のFeO量(%)
Rs:鉄含有装入物に係る荷重軟化試験で測定した圧力損失上昇時の還元率(%) The method for estimating the amount of cohesive zone slag according to claim 1, characterized in that a load-softening test is performed on the iron-containing burden to determine the reduction rate Rs of the iron-containing burden when the rate of increase in pressure drop due to a temperature rise is 10 (mmAQ/℃) or more, and the remaining FeO amount (kg/tp) is calculated by the following formula (Ix).
Residual FeO amount (kg/tp) = (1833.236-202.842 x FeO [%] / T.Fe [%]) x (1-Rs/100)... (Ix)
T. Fe: Total iron content (%) in the iron-containing charge
FeO: Amount of FeO in iron-containing charge (%)
Rs: Reduction rate (%) at the time of pressure drop increase measured in a load-softening test on iron-containing charge
CSVT(kg/tp)=Σ(CSVi・wi・T.Fei)/Σ(wi・T.Fei)・・・(II)
CSVi:鉄含有装入物iのスラグ量(kg/tp)
Wi:鉄含有装入物iの配合率(%)(配合率に代えて配合原単位(kg/tp)を用いてもよい。ただし、計算の際はどちらかに統一する。)
T.Fei:鉄含有装入物iの全鉄分量(%) The method for estimating the amount of cohesive zone slag according to claim 1 or 2, characterized in that the CSV T (kg/tp) of the entire burden consisting of a plurality of iron-containing burden materials is calculated by the following formula (II).
CSV T (kg/tp) = Σ(CSV i・wi・T.Fe i )/Σ( wi・T.Fe i )...(II)
CSV i : Slag amount of iron-containing charge i (kg/tp)
W i : The blending ratio (%) of iron-containing charge i (The blending unit (kg/tp) may be used instead of the blending ratio. However, the calculation should be unified to either one.)
T. Fe i : Total iron content (%) of iron-containing charge i
(a)高炉に装入する鉄含有装入物の配合率の調整
(b)高炉に装入する鉄含有装入物のCaO、SiO2、Al2O3、MgO、CaO/SiO2、及び、FeOの1つ又は2つ以上の含有量の調整
(c)高炉に装入する鉄含有装入物の粒度の調整
(d)鉄含有装入物層に混合する炭素質装入物の量の調整 A blast furnace operation method, comprising: determining a target value for the amount of cohesive zone slag; and performing at least one of (a) to (d) so that an estimated value of the amount of cohesive zone slag using the method for estimating the amount of cohesive zone slag according to any one of claims 1 to 3 is equal to or less than the target value.
(a) Adjustment of the blending ratio of the iron-containing charge charged to the blast furnace; (b) Adjustment of the content of one or more of CaO, SiO2 , Al2O3 , MgO, CaO/ SiO2 , and FeO in the iron-containing charge charged to the blast furnace; (c) Adjustment of the particle size of the iron-containing charge charged to the blast furnace; (d) Adjustment of the amount of carbonaceous charge mixed into the iron-containing charge layer.
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