JP5707858B2 - Blast furnace operation method using ferro-coke - Google Patents
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Description
本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型、乾留して製造されたフェロコークスを使用する際の高炉操業方法に関する。 The present invention relates to a method for operating a blast furnace when using ferro-coke produced by molding and dry distillation of a mixture of coal and iron ore.
高炉の還元材比低下のためには、高炉内に形成される熱保存帯温度を低下させる手法が有効である（例えば、非特許文献１参照。）。 In order to reduce the reducing material ratio of the blast furnace, a technique of reducing the temperature of the heat preservation zone formed in the blast furnace is effective (for example, see Non-Patent Document 1).
熱保存帯温度を低下させる手段としては、下記（１）式に示すコークスのガス化反応（吸熱反応）の開始温度の低温化が挙げられる。
ＣＯ2＋Ｃ → ２ＣＯ ・・・ （１）
コークスのガス化反応開始温度が低下すれば、この反応が生じる温度領域が拡大することにより、ガス化反応量が増加する。
As a means for lowering the temperature of the heat preservation zone, there is a reduction in the starting temperature of the coke gasification reaction (endothermic reaction) shown in the following formula (1).
CO 2 + C → 2CO (1)
If the coke gasification reaction start temperature decreases, the temperature range in which this reaction occurs is expanded, and the amount of gasification reaction increases.
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、還元された鉄鉱石の触媒効果でコークスの反応性を高めることができ、熱保存帯温度の低下によって還元材比を低下させることができる（例えば、特許文献１参照。）。 Ferro-coke produced by dry distillation of a molded product made by mixing coal and iron ore can increase the reactivity of coke due to the catalytic effect of the reduced iron ore. A reducing material ratio can be reduced (for example, refer patent document 1).
フェロコークスの製造方法は、例えば、石炭と鉄鉱石の他に数ｍａｓｓ％のバインダーを加え、均質化する工程、窪みを有する双ロール式の成型器で加圧成型し、ブリケットを製造する工程、上記ブリケットを竪型炉で乾留する工程を有するプロセスが想定される。この場合、フェロコークスの形状は上記ロール成型に適した、図２に示すような外形を有する形状となる。 Ferro-coke production methods include, for example, adding several mass% binder in addition to coal and iron ore, homogenizing, press-molding with a twin-roll molding machine having a depression, and manufacturing briquettes, A process having a step of carbonizing the briquette in a vertical furnace is assumed. In this case, the shape of the ferro-coke is a shape having an outer shape as shown in FIG. 2 suitable for the roll molding.
また、石炭と粉鉱石の混合原料を用いて、現状の室炉コークスと同様の方法で製造する方法も想定されるが、通常の室炉式コークス炉は珪石煉瓦で構成されているので、鉄鉱石を装入した場合に鉄鉱石が珪石煉瓦の主成分であるシリカと反応し、低融点のファイアライトが生成して珪石煉瓦の損傷を招く恐れがある。この場合、フェロコークスの粒子形状は不定形となり、篩い分けによって粒径の範囲が設定される。 In addition, a method of producing a mixed raw material of coal and fine ore by the same method as that of the current blast furnace coke is assumed, but the ordinary blast furnace coke furnace is composed of silica brick, When stone is inserted, iron ore reacts with silica, which is the main component of silica brick, and low melting point firelight is generated, which may cause damage to the quartz brick. In this case, the particle shape of the ferro-coke becomes indefinite, and the particle size range is set by sieving.
一方、高炉内のコークスのガス化反応は、上記（１）式の他に、羽口部で酸素と反応する反応である下記（２）式、ＦｅＯとの反応である下記（３）式、シャフト部における水蒸気との反応である下記（４）式、非鉄酸化物との反応である下記（５）式（（５）式中ＭはＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｐ等）、が挙げられる。高炉操業においては、下記（２）式以外のガス化反応の合計は慣習的にソルーションロスカーボン量（以下、ソルロス量と記載する。）と呼ばれ、下記（６）式で計算される。羽口先でガス化したカーボン量は送風中の酸素量から下記（２）式により、炉頂ガス中のカーボン量は炉頂ガス量と、炉頂ガス中のＣＯおよびＣＯ2の濃度から算出される。フェロコークスを使用した場合、上記（１）式の反応は増えるが、酸化鉄のガス還元である下記（７）式が促進されることにより下記（３）式の反応が大幅に減少し、結果としてソルロス量は減少すると考えられる。また、ソルロス量において下記（４）式の寄与は小さく、一般的にはソルロス量は炉頂〜融着帯近傍におけるコークスのガス化量と捉えられている。
Ｃ＋１／２Ｏ2＝ＣＯ ・・・ （２）
ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ ・・・ （３）
Ｈ2Ｏ＋Ｃ＝Ｈ2＋ＣＯ ・・・ （４）
ＭＯn＋Ｃ＝Ｍ+ＣＯn ・・・ （５）
ソルロス量＝炉頂ガス中のカーボン量−羽口先でガス化したカーボン量 ・・・ （６）
ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ2 ・・・ （７）
フェロコークス使用量を増加させて熱保存帯温度低下を図る場合、ソルロス量、すなわち、炉頂〜融着帯近傍におけるコークスのガス化量は減少し、ある条件以上になると、フェロコークス中カーボン量がソルロス量を上回ることが予想される。融着帯以下、所謂滴下帯においては、炉頂〜融着帯近傍におけるソルーションロス反応により、ガス化して消滅しなかったコークスで構成される。フェロコークスは室炉コークスより反応性が高く、室炉コークスより優先的にガス化すると仮定しても、装入したフェロコークス中カーボン量がガス化量を上回れば、ガス化消滅しないフェロコークスが滴下帯に残留することになる。なお、室炉コークスとはコークス炉等で石炭を乾留して製造される、通常、高炉に装入して用いられているコークスのことである。フェロコークスの粒径が室炉コークスより小さい場合や強度が低い場合、滴下帯におけるフェロコークスの存在が過多になると、炉下部の通気・通液性が悪化する恐れがあるため、フェロコークスの使用量には上限があると考えられる。
On the other hand, the gasification reaction of coke in the blast furnace, in addition to the above formula (1), the following formula (2) that is a reaction that reacts with oxygen at the tuyere, the following formula (3) that is a reaction with FeO, The following formula (4), which is a reaction with water vapor in the shaft portion, and the following formula (5), which is a reaction with a non-ferrous oxide (in the formula (5), M is Si, Mn, Ti, P, etc.). In blast furnace operation, the sum of gasification reactions other than the following equation (2) is customarily called the amount of solution loss carbon (hereinafter referred to as the amount of solvent loss), and is calculated by the following equation (6). The amount of carbon gasified at the tip of the tuyere is calculated from the amount of oxygen in the blast by the following equation (2), and the amount of carbon in the furnace top gas is calculated from the amount of furnace top gas and the concentrations of CO and CO 2 in the top gas. The When ferro-coke is used, the reaction of the above formula (1) increases, but the following formula (7), which is the gas reduction of iron oxide, is promoted, and the reaction of the following formula (3) is greatly reduced. It is thought that the amount of sorros decreases. Further, the contribution of the following equation (4) is small in the amount of soros, and the amount of soros is generally regarded as the amount of coke gasification in the vicinity of the furnace top to the cohesive zone.
C + 1 / 2O 2 = CO (2)
FeO + C = Fe + CO (3)
H 2 O + C = H 2 + CO (4)
MO n + C = M + CO n (5)
Sol loss amount = amount of carbon in the furnace top gas-amount of carbon gasified at the tuyere ... (6)
FeO + CO = Fe + CO 2 (7)
When increasing the amount of ferro-coke used to lower the temperature of the heat storage zone, the amount of sol loss, that is, the amount of coke gasified in the vicinity of the top of the furnace to the cohesive zone decreases. Is expected to exceed the amount of Sollos. The so-called dripping zone below the cohesive zone is composed of coke that has been gasified and has not disappeared due to a solution loss reaction between the furnace top and the vicinity of the cohesive zone. Ferro-coke is more reactive than furnace-furnace coke, and even if it is assumed that gasification is preferentially performed over furnace-furnace coke, if the amount of carbon in the charged ferro-coke exceeds the amount of gasification, ferro-coke will not gasify and disappear. It will remain in the dripping zone. In addition, a chamber furnace coke is the coke which is manufactured by dry-distilling coal with a coke oven etc., and is normally charged and used for a blast furnace. Use of ferro-coke when the particle size of ferro-coke is smaller than that of chamber furnace coke or when the strength is low, and excessive presence of ferro-coke in the dripping zone may deteriorate the ventilation and liquid permeability at the bottom of the furnace. The amount is considered to have an upper limit.
上記のように、フェロコークスの使用量には上限があると考えられる。 As described above, it is considered that there is an upper limit to the amount of ferro-coke used.
したがって、本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、フェロコークスを高炉で使用する際に、フェロコークスの使用量を適正化することにより、安定した操業を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve such problems of the prior art and to provide stable operation by optimizing the amount of ferro-coke used when ferro-coke is used in a blast furnace. .
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。
（ａ）鉱石と、フェロコークスと室炉コークスを含むコークスとを高炉に装入する高炉操業方法において、前記フェロコークスの使用比率が前記コークスの２ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするフェロコークスを用いた高炉操業方法。
（ｂ）前記フェロコークスが１５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の粒径を有することを特徴とする（ａ）に記載の高炉操業方法。
（ｃ）前記フェロコークスの使用比率が、前記コークスの２５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（ａ）または（ｂ）に記載の高炉操業方法。
（ｄ）前記フェロコークスの使用比率が、前記コークスの３０ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（ａ）または（ｂ）に記載の高炉操業方法。
（ｅ）前記フェロコークスが、１０ｍａｓｓ％以上、４０ｍａｓｓ％以下の鉄分を有することを特徴とする（ａ）ないし（ｄ）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
The features of the present invention for solving such problems are as follows.
(A) In a blast furnace operating method in which ore, and coke including ferro-coke and blast furnace coke are charged into a blast furnace, the use ratio of the ferro-coke is 2 mass% or more and 50 mass% or less of the coke. Blast furnace operation method using ferro-coke.
(B) The blast furnace operating method according to (a), wherein the ferro-coke has a particle size of 15 mm or more and 40 mm or less.
(C) The blast furnace operating method according to (a) or (b), wherein a usage ratio of the ferro-coke is 25 mass% or more and 50 mass% or less of the coke.
(D) The blast furnace operating method according to (a) or (b), wherein a usage ratio of the ferro-coke is not less than 30 mass% and not more than 50 mass% of the coke.
(E) The ferro-coke operation method according to any one of (a) to (d), wherein the ferro-coke has an iron content of 10 mass% or more and 40 mass% or less.
また上記課題は、以下の発明によっても解決できる。
（ｆ）フェロコークスと室炉コークスとをコークス原料として高炉の炉頂から装入する操業を行う際に、前記フェロコークス使用量を、前記コークス原料使用量の２ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下とすることを特徴とするフェロコークスを用いた高炉操業方法。
（ｇ）フェロコークス使用量をコークス原料使用量の３５ｍａｓｓ％以下とすることを特徴とする（ｆ）に記載のフェロコークスを用いた高炉操業方法。
（ｈ）フェロコークスの粒径が、高炉に鉱石と混合されること無く単独で装入される室炉コークスの粒径よりも小さいことを特徴とする（ｆ）または（ｇ）に記載のフェロコークスを用いた高炉操業方法。
The above problems can also be solved by the following invention.
(F) When performing the operation of charging ferro-coke and chamber furnace coke from the top of the blast furnace as coke raw materials, the amount of ferro-coke used is 2 mass% or more and 50 mass% or less of the amount of coke raw material used. A blast furnace operating method using ferro-coke characterized by the above.
(G) The blast furnace operating method using ferro-coke as described in (f), wherein the amount of ferro-coke used is 35 mass% or less of the amount of coke raw material used.
(H) The ferrocoke according to (f) or (g), wherein the particle size of the ferrocoke is smaller than the particle size of the chamber coke charged alone without being mixed with ore in the blast furnace. Blast furnace operation method using coke.
なお、本発明において、鉱石とは、鉄鉱石から製造される焼結鉱、塊状の鉄鉱石、ペレット等の高炉に装入される鉄含有原料の一種または二種以上の混合物を総称したものである。高炉内に積層される鉱石層としては、鉱石以外にスラグ成分調整のための石灰石等の副原料を含む場合がある。 In the present invention, the ore is a general term for one or a mixture of two or more iron-containing raw materials charged in a blast furnace such as sintered ore produced from iron ore, massive iron ore, and pellets. is there. As an ore layer laminated | stacked in a blast furnace, auxiliary materials, such as limestone for slag component adjustment other than an ore, may be included.
本発明によれば、高炉操業においてコークスの一部としてフェロコークスを使用する際、その使用量上限を設定した操業を行うことにより安定操業を達成できる。 According to the present invention, when ferro-coke is used as part of coke in blast furnace operation, stable operation can be achieved by performing an operation in which the upper limit of the amount of use is set.
フェロコークスとは、石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して製造した成型物を加熱して、成型物中の石炭を乾留して製造されるものである。なお、石炭と鉄鉱石とを主成分とするとは、フェロコークスの原料が主として石炭と鉄鉱石であることを意味するものであり、石炭と鉄鉱石とを７０ｍａｓｓ％以上含有する原料を用いてフェロコークスを製造するものであるが、通常は石炭と鉄鉱石とを８０ｍａｓｓ％以上含有する原料を使用する。 Ferro-coke is produced by heating a molded product produced by molding a raw material mainly composed of coal and iron ore, and carbonizing the coal in the molded product. The main component of coal and iron ore means that the raw material of ferro-coke is mainly coal and iron ore. Ferro-coke is made of a raw material containing 70 mass% or more of coal and iron ore. Although coke is produced, a raw material containing 80 mass% or more of coal and iron ore is usually used.
フェロコークス中の鉄分含有量は多いほどコークスの反応性が高まる効果が発現するが、鉄分含有量１０ｍａｓｓ％から大きな効果が発現し、４０質量％以上では効果が飽和することから、１０〜４０ｍａｓｓ％が望ましい鉄分含有量である。 As the iron content in ferro-coke increases, the effect of increasing the reactivity of coke appears. However, a large effect is exhibited from 10 mass% of iron content, and the effect is saturated at 40 mass% or more, so 10-40 mass%. Is a desirable iron content.
本発明者らは、フェロコークス使用時の高炉操業条件の変化を、リスト（Rist）操業線図（例えば、非特許文献２参照。）に基づく熱・物質バランスモデルを用いて予測し、ソルロス量と高炉に装入するフェロコークス使用量とから、滴下帯に残留するフェロコークス量を推定した。 The present inventors predict changes in blast furnace operating conditions when using ferro-coke using a heat / material balance model based on a Rist operation diagram (for example, see Non-patent Document 2), The amount of ferrocoke remaining in the dripping zone was estimated from the amount of ferrocoke used in the blast furnace.
フェロコークスは室炉コークスより反応性が高いために室炉コークスより優先的にガス化するとすれば、滴下帯に残留するフェロコークス量は下記（８）式で示される。
滴下帯に残留するフェロコークス量＝（高炉に装入するフェロコークス中カーボン量−ソルロスカーボン量） ・・・ （８）
ここで、高炉に装入するフェロコークス中カーボンがソルロスカーボン以下の場合は、滴下帯に残留するフェロコークス量は０として取り扱う。これらの物質収支計算の前提条件として、フェロコークス中の鉄分１０、３０、４０ｍａｓｓ％（残りはコークス分）、コークス中カーボンは８７．５ｍａｓｓ％とした。
Since ferro-coke is more reactive than chamber furnace coke, if it is preferentially gasified over chamber furnace coke, the amount of ferro-coke remaining in the dripping zone is expressed by the following equation (8).
Ferro-coke amount remaining in the dripping zone = (carbon amount in ferro-coke charged to the blast furnace−solulos carbon amount) (8)
Here, when the carbon in the ferrocoke to be charged into the blast furnace is equal to or less than solros carbon, the amount of ferrocoke remaining in the dripping zone is treated as zero. As preconditions for these material balance calculations, the iron content in ferro-coke was 10, 30, and 40 mass% (the remainder was coke content), and the carbon in the coke was 87.5 mass%.
また、滴下帯における滴下帯残留フェロコークス比率は下記（９）式で示される。
滴下帯に残留するフェロコークス量／（滴下帯に残留するフェロコークス量＋室炉コークス量） ・・・ （９）
これらの式を用いて行った検討の結果を表１〜表３、および図３〜図５に示す。表１はフェロコークス中の鉄分が１０ｍａｓｓ％、表２はフェロコークス中の鉄分が３０ｍａｓｓ％、表３はフェロコークス中の鉄分が４０ｍａｓｓ％の例である。
Moreover, the dripping zone residual ferro-coke ratio in a dripping zone is shown by following (9) Formula.
Ferro-coke amount remaining in the dripping zone / (Amount of ferro-coke remaining in the dripping zone + amount of chamber furnace coke) (9)
The results of studies conducted using these formulas are shown in Tables 1 to 3 and FIGS. Table 1 shows an example in which the iron content in ferro-coke is 10 mass%, Table 2 shows an example in which the iron content in ferro-coke is 30 mass%, and Table 3 shows an example in which the iron content in ferro-coke is 40 mass%.
表１において、ベースはフェロコークスを使用しない場合、ケース１はフェロコークスを使用するが、高炉に装入するフェロコークス中のカーボン量がソルロスカーボン量より少ない場合、ケース２、３は高炉に装入するフェロコークス中のカーボン量がソルロスカーボン量より多い場合である。フェロコークス中の鉄分が高いほどフェロコークスの反応性は増加し、熱保存帯温度低減効果も大きくなる。従って、同じフェロコークス使用比率においても、含有鉄分によって熱保存帯温度およびフェロコークス由来のカーボン量が異なり、これらの違いが還元材比やソルロスカーボンへ影響を及ぼす。表１〜３は、これらの現象が加味された結果となっている。
In Table 1, when ferro-coke is not used for the base, ferro-coke is used for
図３はフェロコークス使用比率と還元材比低下量の関係を示すグラフである。図３によれば、フェロコークス中の鉄分比率が高いほど、またフェロコークス使用比率を高めるほど還元材比が低下することがわかる。例えば、鉄分３０ｍａｓｓ％のフェロコークスを２５ｍａｓｓ％使用すると還元材比は３０ｋｇ／ｔ-ｐ低減することが期待され、また、フェロコークスを３０ｍａｓｓ％使用すれば、鉄分含有量が１０％のフェロコークスにおいても２０ｋｇ／ｔ-ｐ以上の還元材比低減効果が見込まれる。尚、フェロコークス使用比率（装入フェロコークス比率）は、下記（１０）式に示すように、高炉に装入する、フェロコークスと室炉コークスとの合計量に対するフェロコークスの質量比率であり、フェロコークスとしては鉄分込みのフェロコークス全体の質量を用いるものとする。
フェロコークス（鉄分込み）／｛フェロコークス（鉄分込み）＋室炉コークス｝ ・・・ （１０）
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ferro-coke usage ratio and the reducing material ratio reduction amount. According to FIG. 3, it can be seen that the reducing material ratio decreases as the iron content in the ferro-coke increases and the ferro-coke usage ratio increases. For example, if 25 mass% of ferro-coke with 30 mass% of iron is used, the reduction ratio is expected to be reduced by 30 kg / tp, and if 30 mass% of ferrocoke is used, the ferro-coke with an iron content of 10% is expected. Is also expected to have a reducing material ratio reduction effect of 20 kg / tp or more. The ferro-coke usage ratio (charging ferro-coke ratio) is the mass ratio of ferro-coke to the total amount of ferro-coke and blast furnace coke, as shown in the following formula (10), As the ferro-coke, the mass of the entire ferro-coke containing iron is used.
Ferro coke (including iron) / {Ferro coke (including iron) + chamber furnace coke} (10)
図４、図５によれば、フェロコークス使用比率３０ｍａｓｓ％近傍でフェロコークス中カーボン量とソルロス量とが等しくなり、それ以上に高炉に装入するフェロコークス使用比率を増やすとフェロコークス中カーボンがソルロス量を上回り、フェロコークスが滴下帯に残留することが分かる。なお、図５において横軸とグラフの線が交わる位置のフェロコークス使用比率は、図４において縦軸が０となるフェロコークス使用比率に相当する。 According to FIG. 4 and FIG. 5, when the ferro-coke use ratio is around 30 mass%, the carbon amount in the ferro-coke is equal to the sol-loss amount, and when the ferro-coke use ratio charged into the blast furnace is further increased, the carbon in the ferro-coke is increased. It can be seen that the amount of solocros exceeds the amount of solros and ferro-coke remains in the dripping zone. Note that the ferro-coke usage ratio at the position where the horizontal axis and the graph line intersect in FIG. 5 corresponds to the ferro-coke usage ratio in which the vertical axis in FIG.
次に、図６に示す装置を用いて室炉コークスとフェロコークスとの混合充填層の通気抵抗を測定した。通気抵抗測定装置１は、直径４００ｍｍ、全体の高さが２０００ｍｍであり、通気測定対象試料２を１０００ｍｍ高さで装入して測定を行った。室炉コークスは粒径４０〜６０ｍｍのものを、フェロコークスは１８×１６×１２ｍｍ（粒径１５ｍｍ）および３０×２５×１８ｍｍ（粒径２４ｍｍ）のものを用いた。本発明において、フェロコークスの寸法は図２におけるＡ×Ｂ×Ｃで表記し、フェロコークスの粒径は（Ａ×Ｂ×Ｃ）1/3で計算したものを用いる。フェロコークスの混合比率を変化させた際の、通気抵抗測定結果を図７に示す。フェロコークス混合比率が３０ｍａｓｓ％を超えると、通気抵抗が顕著に上昇しているが、これは、フェロコークスの粒径が室炉コークスに比較して小さいことに加え、室炉コークスに比較して形状に凹凸が無く、充填層の空隙率を下げる効果があることによるものと推定される。
Next, the ventilation resistance of the mixed packed bed of chamber furnace coke and ferro-coke was measured using the apparatus shown in FIG. The ventilation
図７に示す結果を滴下帯を模擬した実験結果として用い、表１〜３に示したフェロコークス使用量と、滴下帯における残留フェロコークス比率の関係を図７に併記することで図１が得られる。 The results shown in FIG. 7 are used as experimental results simulating a dripping zone, and FIG. 1 is obtained by writing the relationship between the ferrocoke usage shown in Tables 1 to 3 and the residual ferrocoke ratio in the dripping zone together in FIG. It is done.
図１によれば、滴下帯残留フェロコークス比率１０ｍａｓｓ％程度から通気抵抗（相対圧力損失）が上昇し始め、鉄分含有量１０ｍａｓｓ％、粒径１５ｍｍのフェロコークス使用比率が５０ｍａｓｓ％に相当する滴下帯残留フェロコークス比率が３０ｍａｓｓ％から通気抵抗が急激に上昇することが分かる。したがって、鉄分含有量１０ｍａｓｓ％、粒径１５ｍｍの装入フェロコークス使用比率が５０ｍａｓｓ％の条件より粒径が大、および、またはフェロコークス中鉄分含有量が大の条件では、フェロコークス使用比率が５０ｍａｓｓ％でも通気抵抗は上昇しない。以上のことから、鉄含有量１０〜４０ｍａｓｓ％、粒径１５ｍｍ以上のフェロコークスを使用する際に、通気抵抗の急上昇を回避するフェロコークス使用比率上限は５０ｍａｓｓ％であることを見出した。 According to FIG. 1, the airflow resistance (relative pressure loss) starts to increase from about 10 mass% of the residual ferrocoke ratio in the dripping zone, and the dripping zone in which the iron content is 10 mass% and the ferro-coke usage ratio with a particle size of 15 mm corresponds to 50 mass%. It can be seen that the ventilation resistance increases rapidly from the residual ferrocoke ratio of 30 mass%. Therefore, when the iron content is 10 mass% and the charging ferro-coke usage ratio with a particle size of 15 mm is larger than the condition of 50 mass% and / or the iron content in the ferro-coke is large, the ferro-coke usage ratio is 50 mass. % Does not increase the ventilation resistance. From the above, when using ferro-coke having an iron content of 10 to 40 mass% and a particle size of 15 mm or more, it was found that the upper limit of the ferro-coke usage ratio for avoiding a sudden increase in the airflow resistance is 50 mass%.
以上のことから、フェロコークスと室炉コークスとの合計量であるコークス使用量に対するフェロコークス使用比率が５０ｍａｓｓ％を上回ると、滴下帯における通気抵抗の悪化が顕著になるという結論が得られる。したがってフェロコークス使用比率が、室炉コークスを含めた高炉に装入する全コークス量の５０ｍａｓｓ％以下となるように装入量を調整して、高炉操業を行う必要があり、一方、２０ｋｇ/ｔ以上の還元材比低減効果を得るためには、２５ｍａｓｓ％以上、好ましくは３０ｍａｓｓ％以上の使用比率が望ましい。 From the above, it can be concluded that when the ferro-coke usage ratio with respect to the coke usage, which is the total amount of ferro-coke and chamber coke, exceeds 50 mass%, the deterioration of the airflow resistance in the dripping zone becomes significant. Therefore, it is necessary to adjust the charging amount so that the ferro-coke usage ratio is 50 mass% or less of the total coke amount charged to the blast furnace including the chamber furnace coke, and on the other hand, 20 kg / t In order to obtain the above reducing material ratio reduction effect, a use ratio of 25 mass% or more, preferably 30 mass% or more is desirable.
フェロコークスは、鉱石（焼結鉱、ペレット、塊鉱石等から構成される鉄含有原料）に混合して使用することが望ましい（例えば、特許文献１参照。）が、この際、鉱石とフェロコークスの混合層の通気性を維持することが、操業上重要となるため、鉱石とフェロコークスの混合層（以下「鉱石＋フェロコークス混合層」と記載する。）の通気抵抗に及ぼすフェロコークスサイズの影響を調査した。使用した鉱石粒子の粒度分布を図８に示す。鉱石層中のフェロコークス比率を２１ｖｏｌ％（フェロコークス使用比率３５ｍａｓｓ％に相当）として、鉱石層中に混合するフェロコークス粒径が通気抵抗に及ぼす影響を、下記（１１）式を用いて試算した。
通気抵抗指数＝（１／Φｄp）1.3・（１−ε）1.3／ε3 ・・・ （１１）
ここで、Φは形状係数（０．７とした。）、ｄpは鉱石＋フェロコークス混合層の平均粒径、εは鉱石＋フェロコークス混合層の空隙率である。鉱石＋フェロコークス混合層の平均粒径は想定するフェロコークスサイズに応じて図８に示した粒度分布を補正して算出し、空隙率は補正後の粒度分布から推定した（非特許文献３参照。）。結果を図９に示す。フェロコークスの粒径が１５〜４０ｍｍの間では通気抵抗の変化が小さいことがわかる。フェロコークスの粒径が１５ｍｍを下回ると鉱石＋フェロコークス混合層の平均粒径が低下することにより通気抵抗が上昇する。一方、フェロコークスのサイズが大きい条件でも通気抵抗が上昇するが、これは粒度分布が広がることにより空隙率が低下することに起因する。以上から、通気抵抗上昇を回避するためのフェロコークス粒径は１５〜４０ｍｍであることが明らかになった。成型機を用いて製造される図２に示したような形状のフェロコークスであれば、先に定義したフェロコークスの粒径（＝（Ａ×Ｂ×Ｃ）1/3）が１５〜４０ｍｍであることが望ましい。現状のコークス炉を用いて製造される不定形のフェロコークスであれば、高炉に装入する際に粒径１５〜４０ｍｍの範囲に篩い分けされたものを用いることが望ましい。
Ferro-coke is preferably used by mixing with ore (iron-containing raw material composed of sintered ore, pellets, lump ore, etc.) (for example, see Patent Document 1). Since it is important for operation to maintain the air permeability of the mixed layer of ferro-coke, the effect of ferro-coke size on the air-flow resistance of the mixed layer of ore and ferro-coke (hereinafter referred to as “ore + ferro-coke mixed layer”) The impact was investigated. The particle size distribution of the used ore particles is shown in FIG. Assuming that the ferro-coke ratio in the ore layer is 21 vol% (corresponding to a ferro-coke use ratio of 35 mass%), the effect of the ferro-coke particle size mixed in the ore layer on the ventilation resistance was estimated using the following equation (11). .
Ventilation resistance index = (1 / Φd p ) 1.3 · (1-ε) 1.3 / ε 3 (11)
Here, Φ is the shape factor (0.7), d p is the average particle size of the ore + ferrocoke mixed layer, and ε is the porosity of the ore + ferrocoke mixed layer. The average particle size of the ore + ferrocoke mixed layer was calculated by correcting the particle size distribution shown in FIG. 8 according to the assumed ferrocoke size, and the porosity was estimated from the corrected particle size distribution (see Non-Patent Document 3). .) The results are shown in FIG. It can be seen that the change in ventilation resistance is small when the particle size of ferro-coke is between 15 and 40 mm. If the particle size of the ferrocoke is less than 15 mm, the airflow resistance increases due to a decrease in the average particle size of the ore + ferrocoke mixed layer. On the other hand, the airflow resistance increases even under conditions where the size of the ferro-coke is large, but this is due to the decrease in porosity due to the spread of the particle size distribution. From the above, it has been clarified that the ferrocoke particle size for avoiding an increase in ventilation resistance is 15 to 40 mm. If the ferro-coke having the shape as shown in FIG. 2 manufactured using a molding machine is used, the particle size of the ferro-coke as defined above (= (A × B × C) 1/3 ) is 15 to 40 mm. It is desirable to be. In the case of an irregular ferro-coke produced using a current coke oven, it is desirable to use one that has been sieved to a particle size range of 15 to 40 mm when charged into a blast furnace.
次に、高炉内条件を模擬したガス化反応試験により、反応促進に効果のあるフェロコークス使用量についての検討を行った。内径７６ｍｍの坩堝にフェロコークスおよび室炉コークスを所定の比率で充填し、図１０に示すようなガス−温度条件で試験を行い、試験後のコークス中カーボンの反応量を測定した。室炉コークス１００ｍａｓｓ％（フェロコークス０ｍａｓｓ％）の条件をベースとし、フェロコークス使用比率を変化させた際の、相対的なカーボンの反応量（相対Ｃ反応量）を図１１に示す。ここで相対Ｃ反応量は、フェロコークスおよび室炉コークスの反応量の合算値である。フェロコークス使用比率１ｍａｓｓ％程度ではベースと明瞭な差が現れなかったが、フェロコークス使用比率２ｍａｓｓ％ではベースに対し反応量が増加し、さらにフェロコークス使用比率が増加すると、フェロコークス使用比率の増加に従って反応量も増加した。フェロコークスの混合量が少なすぎると混合充填層としての不均一性が顕著となるため、反応促進効果が現れ難いものと推定される。 Next, the amount of ferro-coke used for promoting the reaction was examined by a gasification reaction test simulating the blast furnace conditions. A crucible having an inner diameter of 76 mm was filled with ferro-coke and chamber-furnace coke at a predetermined ratio, and the test was performed under the gas-temperature conditions as shown in FIG. 10 to measure the reaction amount of carbon in the coke after the test. FIG. 11 shows the relative carbon reaction amount (relative C reaction amount) when the ferro-coke use ratio is changed based on the condition of 100% by mass of coke oven (0 mass% of ferro-coke). Here, the relative C reaction amount is a total value of the reaction amounts of ferro-coke and chamber furnace coke. When the ferro-coke usage ratio was about 1 mass%, there was no clear difference from the base. However, when the ferro-coke usage ratio was 2 mass%, the reaction amount increased with respect to the base, and when the ferro-coke usage ratio further increased, the ferro-coke usage ratio increased. Accordingly, the reaction amount also increased. If the mixing amount of ferro-coke is too small, the non-uniformity of the mixed packed bed becomes remarkable, and it is estimated that the reaction promoting effect is difficult to appear.
したがって、フェロコークス使用比率を、室炉コークスを含めた全コークス量であるコークス使用量の２ｍａｓｓ％以上とする必要がある。 Therefore, it is necessary to set the ferro-coke usage ratio to 2 mass% or more of the coke usage, which is the total coke including the furnace coke.
また、フェロコークスの粒径については、高炉に鉱石と混合されること無く単独で装入される室炉コークスの粒径よりも小さい粒径のフェロコークスを用いる場合に本発明を適用することが好ましい。単独で装入される室炉コークスの粒径よりも小さい粒径のフェロコークスを用いる場合に、炉下部の通気・通液性が悪化する恐れがあり、本発明の効果が顕著となる。フェロコークスの粒径が室炉コークスより大きい場合は、フェロコークスの存在が過多になっても、炉下部の通気・通液性が悪化する恐れが少ない。なお、この場合の鉱石とは、塊鉄鉱石、焼結鉱等の高炉に装入する鉄源原料を指す。 As for the particle size of ferro-coke, the present invention can be applied when using ferro-coke having a particle size smaller than the particle size of chamber furnace coke charged alone without being mixed with ore in the blast furnace. preferable. When using ferro-coke having a particle size smaller than the particle size of the chamber furnace coke charged alone, the ventilation and liquid permeability at the lower part of the furnace may be deteriorated, and the effect of the present invention becomes remarkable. When the particle size of the ferro-coke is larger than the chamber furnace coke, even if the presence of the ferro-coke is excessive, there is little possibility that the ventilation and liquid permeability at the lower part of the furnace will deteriorate. In addition, the ore in this case refers to an iron source raw material charged in a blast furnace such as lump iron ore and sintered ore.
フェロコークスの高炉使用試験を実施した。フェロコークスは、石炭と鉄鉱石の混合物をブリケットマシンで成型後、竪型シャフト炉に装入し、乾留して製造されたものを用い、その寸法は３０×２５×１８ｍｍ（粒径２４ｍｍ）とした。フェロコークス中鉄鉱石の還元率は８０〜８５％であり、ドラム強度ＤＩ150/15は８２であった。また、フェロコークス中の鉄分は３０ｍａｓｓ％であり、残り７０ｍａｓｓ％のコークス分におけるカーボン分は８７．５ｍａｓｓ％であった。高炉内への原料の装入は、図１２に示すようにフェロコークス１０と鉱石２０との混合層と、室炉コークス３０単独の層とを交互に積層する方法で行った。図８において左端が炉中心であり、４０は炉壁である。室炉コークス３０の平均粒径は４５ｍｍであった。図１２において左端が炉中心であり、４０は炉壁である。室炉コークスの５ｍａｓｓ％は粒径１０〜２５ｍｍ小塊コークスとして鉱石に混合して使用した。室炉コークスのみで構成される層３０の平均粒径は４５ｍｍであった。
Ferro-coke blast furnace use test was conducted. Ferro-coke is produced by molding a mixture of coal and iron ore with a briquette machine, charging it into a vertical shaft furnace, and dry-distilling, and its dimensions are 30 x 25 x 18 mm (particle size 24 mm). did. Reduction rate in the ferro-coke iron ore is 80-85%, drum strength DI 150/15 was 82. Moreover, the iron content in ferro-coke was 30 mass%, and the carbon content in the remaining 70 mass% coke content was 87.5 mass%. The raw material was charged into the blast furnace by a method of alternately laminating a mixed layer of ferro-
上記のように原料を装入する際に、混合するフェロコークスの割合を変化させて操業試験を行った。フェロコークス使用比率を変化させた場合の、高炉還元材比および通気抵抗指数（相対炉下部通気抵抗指数）の変化を表４に示す。表４において、ベースはフェロコークスを使用しないケースであり、ケース１〜３はフェロコークス使用比率５０ｍａｓｓ％以下の範囲で、フェロコークス使用比率を順次、増加したケースである。
When the raw materials were charged as described above, an operation test was performed by changing the ratio of ferrocoke to be mixed. Table 4 shows changes in the blast furnace reducing material ratio and the ventilation resistance index (relative furnace lower ventilation resistance index) when the ferro-coke usage ratio is changed. In Table 4, the base is a case in which ferro-coke is not used, and
フェロコークス使用比率の増加に伴って通気抵抗は微増したが、フェロコークス使用比率を５０ｍａｓｓ％以下としたので、安定操業の継続が可能であった。一時的にフェロコークス使用比率を５５ｍａｓｓ％に上昇させたところ、炉下部通気抵抗の上昇に起因し、操業の継続が困難となった。 Although the ventilation resistance slightly increased as the ferro-coke usage ratio increased, the ferro-coke usage ratio was set to 50 mass% or less, so that stable operation could be continued. When the ferro-coke usage ratio was temporarily increased to 55 mass%, it was difficult to continue the operation due to the increase in the ventilation resistance at the bottom of the furnace.
１ 通気抵抗測定装置
２ 通気測定対象試料
１０ フェロコークス
２０ 鉱石
３０ 室炉コークス
４０ 炉壁
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記フェロコークスが、１５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の粒径を有し、且つ、３０ｍａｓｓ％以上、４０ｍａｓｓ％以下の鉄分を有しており、
前記フェロコークスの使用比率が前記コークスの３０ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするフェロコークスを用いた高炉操業方法。 In the blast furnace operating method of charging ore and coke including ferro-coke and chamber furnace coke into the blast furnace,
The ferro-coke has a particle size of 15 mm or more and 40 mm or less, and has an iron content of 30 mass% or more and 40 mass% or less,
A method of operating a blast furnace using ferro-coke, wherein a use ratio of the ferro-coke is 30 mass% or more and 50 mass% or less of the coke.
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