JP6311482B2 - Estimation method of gas flow rate and reduction load of blast furnace block. - Google Patents
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Description
高炉操業において、炉内を通過するガスの炉径方向の流速分布を制御することは、重要な技術評価項目である。それは、高炉の通気性および装入物の還元反応の両面から高炉の操業成績が良好となるガス流速分布を見つけ出すこと、および、それを実現する装入装置や装入方法を開発すること、に大別される。 In blast furnace operation, controlling the flow velocity distribution of gas passing through the furnace in the furnace radial direction is an important technical evaluation item. It is to find a gas flow velocity distribution in which the operating results of the blast furnace are good from both the blast furnace air permeability and the charge reduction reaction, and to develop a charging device and a charging method for realizing it. Broadly divided.
従来、炉内のガス流速分布を直接計測する方法はなかった。実際の高炉操業(たとえば、非特許文献1参照)では、シャフトから装入する検出端(上部ゾンデ)で得られる炉径方向の温度パタンとガス組成パタンとからガス流速分布を推定している。 Conventionally, there has been no method for directly measuring the gas flow velocity distribution in the furnace. In actual blast furnace operation (see, for example, Non-Patent Document 1), the gas flow velocity distribution is estimated from the temperature pattern and gas composition pattern in the furnace radial direction obtained at the detection end (upper sonde) charged from the shaft.
また、計算式を用いてガス流速分布を推定する方法も知られている。具体的には、原料の装入挙動をシミュレートする数学モデル(たとえば、非特許文献2参照)と、この数学モデルによって得られた原料充填層から出発して炉内のガス流速や反応挙動を解析する数学モデル(たとえば、非特許文献3)とが知られている。 A method for estimating the gas flow velocity distribution using a calculation formula is also known. Specifically, a mathematical model that simulates the charging behavior of the raw material (see, for example, Non-Patent Document 2), and the gas flow rate and reaction behavior in the furnace are determined starting from the raw material packed bed obtained by this mathematical model. A mathematical model (for example, Non-Patent Document 3) to be analyzed is known.
前者のモデルでは、装入物の落下・崩れ挙動による粒度偏析等を、パラメータを設定することによって表現している。しかし、そのパラメータはある条件の下で測定された結果から推定する推定式によって設定されるため、推定式の条件から外れる場合には、精度の高い推定を行うことができない。また、いずれのモデルに用いられるパラメータも、非常に多くの因子により相互影響するものであるから、諸条件の変化に対し使用されるパラメータの推定には限界があり、得られる結果の信頼性に疑念が残る難点がある。以上より、従来の実炉計測や数学モデル解析では正確なガス流速分布の評価は出来ないという課題があった。
そこで、本願発明は、高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高めることを目的とする。 Then, this invention aims at improving the gas flow rate estimation precision of the gas which flows through a blast furnace massive belt.
上記課題を解決するために、本願発明に係るガス流速推定方法は、(1)高炉塊状帯を流れるガスの流速を推定するガス流速推定方法であって、前記高炉塊状帯が位置する高炉炉体のシャフト上部を模した形状部を少なくとも有する試験炉体に対して、高炉装入物を装入する第1のステップと、前記試験炉体の炉径方向に直交する高さ方向における複数の圧力測定ポイントのそれぞれにおいて、前記高炉装入物の圧力を前記炉径方向に並ぶ複数の圧力測定ポイントにて測定する第2のステップと、前記試験炉体に装入した最後の1チャージ分の高炉装入物を多数のサンプリング領域に分割して、各サンプリング領域から装入物をサンプリングする第3のステップと、前記各サンプリング領域においてサンプリングされた装入物の銘柄毎の粒度及び重量を測定する第4のステップと、前記各サンプリング領域における装入物の平均粒度を算出する第5のステップと、前記各サンプリング領域における空隙率を算出する第6のステップと、少なくとも、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の圧力差と、これらの圧力測定ポイント間に位置する装入物の平均粒度及び前記各サンプリング領域の空隙率とに基づき、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間を流れるガスの流速を順次算出する第7のステップと、前記第7のステップで得られた前記ガスの流速を、前記高さ方向において平均化する第8のステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gas flow rate estimation method according to the present invention is (1) a gas flow rate estimation method for estimating a flow rate of a gas flowing through a blast furnace block-like zone, wherein the blast furnace furnace body in which the blast furnace block zone is located And a plurality of pressures in a height direction orthogonal to the furnace radial direction of the test furnace body, with respect to the test furnace body having at least a shape part simulating the upper part of the shaft. In each of the measurement points, a second step of measuring the pressure of the blast furnace charge at a plurality of pressure measurement points arranged in the furnace radial direction, and a blast furnace for the last one charge charged in the test furnace body A third step of dividing the charge into a number of sampling regions and sampling the charge from each sampling region; and a granularity for each brand of the charge sampled in each sampling region. A fourth step of measuring the weight, a fifth step of calculating an average particle size of the charge in each sampling region, a sixth step of calculating a porosity in each sampling region, and at least a high Based on the pressure difference between the pressure measurement points aligned in the vertical direction, the average particle size of the charge located between these pressure measurement points, and the porosity of each sampling region, the pressure measurement points aligned in the height direction A seventh step of sequentially calculating a flow velocity of the flowing gas; and an eighth step of averaging the flow velocity of the gas obtained in the seventh step in the height direction. .
(2)上記(1)の構成において、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の間隔は、前記試験炉体に装入される高炉装入物の1チャージ分の厚みよりも小さくするのが好ましい。 (2) In the configuration of the above (1), it is preferable that the interval between the pressure measurement points arranged in the height direction is smaller than the thickness of one charge of the blast furnace charge charged in the test furnace body. .
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記第2のステップにおける測定対象から、最後の1チャージ分の高炉装入物を除くとよい。 (3) In the configuration of (1) or (2), the blast furnace charge for the last charge may be removed from the measurement target in the second step.
(4)上記(1)〜(3)の構成において、前記試験炉体は、少なくとも高炉の炉口部の上端から炉口直径に相当する深さまでの部分を模した形状部を有している。 (4) In the configurations of (1) to (3) above, the test furnace body has a shape part simulating at least a part from the upper end of the furnace port part of the blast furnace to a depth corresponding to the furnace port diameter. .
(5)上記(1)〜(4)のうちいずれか一つに記載のガス流速推定方法を用いて還元負荷を推定する還元負荷推定方法であって、前記第4のステップで得られた重量に基づき、前記第1のステップで装入された高炉装入物に含まれる全鉄鉱石と炉径方向の各位置に存在する鉄鉱石との比率である鉱石存在比率を算出し、前記第8のステップで推定されたガス流速に基づき、全ガス流量と炉径方向の各位置におけるガス流量との比率であるガス流量比率を算出し、これらの算出結果に基づき、前記炉径方向の各位置における鉱石存在比率とガス流量比率との比率である炉径方向の還元負荷を求めることを特徴とする。 (5) A reduction load estimation method for estimating a reduction load using the gas flow velocity estimation method according to any one of (1) to (4) above, wherein the weight obtained in the fourth step Based on the above, the ore presence ratio, which is the ratio between the total iron ore contained in the blast furnace charge charged in the first step and the iron ore present at each position in the furnace radial direction, is calculated, Based on the gas flow rate estimated in the step, the gas flow rate ratio that is the ratio of the total gas flow rate to the gas flow rate at each position in the furnace radial direction is calculated, and based on these calculation results, each position in the furnace radial direction is calculated. The reduction load in the furnace radial direction, which is the ratio between the ore presence ratio and the gas flow rate ratio, is obtained.
本願発明によれば、高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高めることができる。さらに、得られたガス流速分布を用いて炉径方向の還元負荷分布を精度よく推定できる。ガス流速分布や還元負荷分布は、装入物分布を制御、最適化する際の指標として使用できるので、それによって高炉の生産性を高めたり、還元材比を低減したりできる。 According to the present invention, it is possible to improve the gas flow rate estimation accuracy of the gas flowing through the blast furnace block. Furthermore, the reduction load distribution in the furnace radial direction can be accurately estimated using the obtained gas flow velocity distribution. The gas flow velocity distribution and the reduction load distribution can be used as an index for controlling and optimizing the charge distribution, thereby improving the productivity of the blast furnace and reducing the reducing material ratio.
(高炉)
図1は、高炉の付帯設備を除いた炉体の概略図である。炉体100は、炉口部K、炉口部Kの下端部に連設するシャフト部L、シャフト部Lの下端部に連設する炉腹部M、炉腹部Mの下端部に連設する朝顔部N、朝顔部Nの下端部に連設する羽口部O及び羽口部Oの下端部に連設する炉底部Pからなる。シャフト部Lは、上部から下部に向かって徐々に径寸法が拡大する末広がり形状に形成されている。羽口部Oには、羽口101が形成されており、この羽口101を介して、炉体の内部に熱風が送風される。ただし、熱風とともに、微粉炭を羽口101から吹き込んでもよい。
(Blast furnace)
FIG. 1 is a schematic diagram of a furnace body excluding incidental facilities of a blast furnace. The furnace body 100 includes a furnace opening K, a shaft L connected to the lower end of the furnace opening K, a furnace belly M connected to the lower end of the shaft L, and a morning glory connected to the lower end of the furnace bell M. Part N, tuyere part O connected to the lower end part of morning glory part N, and furnace bottom part P connected to the lower end part of tuyere part O. The shaft portion L is formed in a divergent shape in which the diameter dimension gradually increases from the upper portion toward the lower portion. A tuyere 101 is formed in the tuyere portion O, and hot air is blown into the furnace body through the tuyere 101. However, pulverized coal may be blown from the tuyere 101 together with hot air.
炉体100には、図示しない旋回シュートを介して、鉱石及びコークスが交互に層状に装入される。これにより、炉口部K及びシャフト部Lの上部において、鉱石とコークスとが交互に並ぶ塊状帯102が形成される。塊状帯102は、炉内を降下しながら、羽口101から吹き込まれた熱風によって順次昇温され、鉱石が溶融する。すなわち、コークス燃焼および鉱石の溶融は、塊状帯102の下部で順次進行し、朝顔部Nからシャフト部Lの下部に向かって略円錐形の融着帯103が形成される。 Ore and coke are alternately charged into the furnace body 100 in layers through a turning chute (not shown). Thereby, in the upper part of the furnace port part K and the shaft part L, the massive band 102 in which ore and coke are alternately arranged is formed. The lump 102 is sequentially heated by hot air blown from the tuyere 101 while descending the furnace, and the ore melts. That is, coke combustion and ore melting proceed sequentially at the lower part of the massive band 102, and a substantially conical fusion band 103 is formed from the morning glory part N toward the lower part of the shaft part L.
融着帯103で溶融した鉄分104は、滴下帯105を通過し、炉底部Pに向かって滴下し、溶銑106として炉底部Pに溜まる。コークス等は滴下帯105を通過して降下し、炉底部Pに積み上がり、溶銑106の上に円錐形の炉芯108を形成する。炉底部Pには、出銑口107が形成されており、出銑口107から炉底部Pに溜まった溶銑106が高炉の外部に取り出される。 The iron component 104 melted in the fusion zone 103 passes through the dropping zone 105, drops toward the furnace bottom P, and accumulates in the furnace bottom P as a molten iron 106. Coke or the like passes through the dripping zone 105 and descends, accumulates on the furnace bottom P, and forms a conical furnace core 108 on the hot metal 106. An outlet 107 is formed in the furnace bottom P, and the hot metal 106 accumulated in the furnace bottom P is taken out from the outlet 107 to the outside of the blast furnace.
(技術課題)
高炉に装入される装入物は、旋回シュートを転動する際に粒径が変化したり、高炉内に装入後制止するまでに様々な方向に動いたりするため、還元ガスのガス流速に影響を与える装入物の炉内分布を予測することは困難であった。このため、従来、炉径方向におけるガス流速分布を精度よく推定することが非常に難しかった。そこで、本実施形態では、下記のガス流速推定方法を用いて炉径方向におけるガス流速分布を推定する。
(Technical problems)
Since the charge charged in the blast furnace changes its particle size when rolling the swivel chute and moves in various directions after being charged in the blast furnace, the gas flow rate of the reducing gas It was difficult to predict the distribution of charge in the furnace that affected the process. For this reason, conventionally, it has been very difficult to accurately estimate the gas flow velocity distribution in the furnace radial direction. Therefore, in this embodiment, the gas flow velocity distribution in the furnace radial direction is estimated using the following gas flow velocity estimation method.
(本発明で使用する装置)
図2は、高炉及びその付帯設備を模した装入試験装置の概略構成図である。本実施形態の装入試験装置1は、試験サージホッパー11、試験装入ベルトコンベア12、試験固定ホッパー13、試験旋回シュート14、試験炉体15、試験送風支管16、試験原料排出装置17及び試験送風機18を含む。試験炉体15のサイズは、実炉の1/1〜1/4とするのが好ましい。試験炉体15のサイズを実炉の1/4以上にすることによって、炉径方向におけるガス流速分布の推定精度をより確実に向上させることができる。すなわち、試験炉体15のサイズが実炉の1/4未満になると、装入物が小さくなりすぎて、炉内での装入物の挙動(言い換えると、炉径方向における装入物の分布)が実炉から乖離して、推定精度が低下してしまう。
(Apparatus used in the present invention)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a charging test apparatus simulating a blast furnace and its incidental equipment. The charging test apparatus 1 of the present embodiment includes a test surge hopper 11, a test charging belt conveyor 12, a test fixed hopper 13, a test turning chute 14, a test furnace body 15, a test blower branch 16, a test raw material discharge device 17, and a test. A blower 18 is included. The size of the test furnace body 15 is preferably 1/1 to 1/4 of the actual furnace. By setting the size of the test furnace body 15 to ¼ or more of the actual furnace, it is possible to more reliably improve the estimation accuracy of the gas flow velocity distribution in the furnace radial direction. That is, when the size of the test furnace body 15 is less than 1/4 of the actual furnace, the charge becomes too small, and the behavior of the charge in the furnace (in other words, the distribution of the charge in the furnace radial direction). ) Deviates from the actual furnace and the estimation accuracy decreases.
試験サージホッパー11は、貯留した装入物を試験装入ベルトコンベア12に落下供給する。装入物には、実炉と同様、鉱石、コークスが用いられる。ここに鉱石は、鉄系原料の総称の意で、具体的には、焼結鉱、ペレット、塊鉱石などをいう。ただし、装入物には、さらに他の原料(例えば、石灰石、珪石)が含まれていてもよい。試験装入ベルトコンベア12は、傾斜配置されており、矢印方向に回転動作することにより、装入物を炉頂に運び上げる。試験固定ホッパー13は、左右一対で設けられており、試験装入ベルトコンベア12から搬送された装入物を貯留する。通常、一方の試験固定ホッパー13がコークス用として使用され、他方の試験固定ホッパー13が鉱石用として使用される。試験旋回シュート14が旋回動作を開始した後、一対の試験固定ホッパー13から試験旋回シュート14に向かって装入物が供給される。試験旋回シュート14は、装入角度を変えながら旋回することにより、鉱石及びコークスを交互に試験炉体15の内部に装入する。 The test surge hopper 11 drops and supplies the stored charge to the test charge belt conveyor 12. As the charge, ore and coke are used as in the actual furnace. Here, ore is a general term for iron-based raw materials, and specifically refers to sintered ore, pellets, lump ore and the like. However, the charge may further contain other raw materials (for example, limestone, silica stone). The test charging belt conveyor 12 is inclined and moves in the direction of the arrow to carry the charge to the top of the furnace. The test fixing hopper 13 is provided in a pair of left and right, and stores the charges conveyed from the test charging belt conveyor 12. Usually, one test fixed hopper 13 is used for coke, and the other test fixed hopper 13 is used for ore. After the test turning chute 14 starts turning operation, the charge is supplied from the pair of test fixed hoppers 13 toward the test turning chute 14. The test turning chute 14 turns ore and coke alternately into the test furnace body 15 by turning while changing the charging angle.
試験炉体15は、筒状に形成されており、一点破線X3で囲んだ領域は、実炉の炉口部K及びシャフト部Lの上部(シャフト上部)を模した形状に形成されている。つまり、試験炉体15の一点破線X3で囲まれた部分の形状は、炉体100の一点破線X1(図1参照)で囲まれた部分の形状と相似である。炉体100の一点破線X1で囲まれた領域は、融着帯103の上端よりも上に位置する塊状帯102が存在する領域であり、本実施形態の推定方法は、この部分での炉径方向におけるガス流速分布を、装入試験装置1を用いて推定するものである。ここで、試験炉体15は、少なくとも実炉における炉口部Kの上端から炉口直径R1に相当する深さまでの部分を模擬しておくことが好ましい。 The test furnace body 15 is formed in a cylindrical shape, and a region surrounded by a one-dot broken line X3 is formed in a shape imitating an upper portion (a shaft upper portion) of the furnace port portion K and the shaft portion L of the actual furnace. That is, the shape of the part surrounded by the dashed line X3 of the test furnace body 15 is similar to the shape of the part surrounded by the dashed line X1 of the furnace body 100 (see FIG. 1). The region surrounded by the one-dot broken line X1 of the furnace body 100 is a region where the massive band 102 located above the upper end of the fusion zone 103 exists, and the estimation method of the present embodiment uses the furnace diameter at this portion. The gas flow velocity distribution in the direction is estimated using the charging test apparatus 1. Here, it is preferable that the test furnace body 15 simulate at least a portion from the upper end of the furnace port portion K in the actual furnace to a depth corresponding to the furnace port diameter R1.
(ガス流速分布を推定する手順)
図3のフローチャートは、ガス流速分布を推定する手順を示している。図4の拡大図は、図2の二点鎖線X4で囲んだ領域を拡大したシャフト上部の一部における拡大図である。図4のハッチングは装入物Aであり、A1が鉱石、A2がコークスである。
(Procedure for estimating gas flow velocity distribution)
The flowchart of FIG. 3 shows a procedure for estimating the gas flow velocity distribution. The enlarged view of FIG. 4 is an enlarged view of a part of the upper portion of the shaft in which the region surrounded by the two-dot chain line X4 of FIG. 2 is enlarged. The hatching of FIG. 4 is the charge A, A1 is an ore, and A2 is coke.
ステップS101において、試験旋回シュート14を旋回させながら、試験炉体15の炉内に装入物A、つまり、鉱石A1及びコークスA2を交互に層状に装入する(第1のステップに相当する)。このとき、最も下方に設けられた圧力測定孔L1よりも1チャージ(以下、1chと称する)以上低い位置まで試験対象となる装入物Aを装入するとよい。
ここで、1chとは、一単位で装入される装入物のことである。図示例では、鉱石A1及びコークスA2をそれぞれ1層ずつ装入することを1chとしているが、これに限るものではない。例えば、鉱石A1及びコークスA2をそれぞれ2層ずつ装入すること(つまり、4ダンプ)を1chとしてもよい。
In step S101, while turning the test turning chute 14, the charge A, that is, the ore A1 and the coke A2 are alternately charged in layers in the furnace of the test furnace body 15 (corresponding to the first step). . At this time, it is preferable to insert the charge A to be tested up to a position lower than the pressure measurement hole L1 provided at the lowermost position by 1 charge (hereinafter referred to as 1ch) or more.
Here, 1ch is a charge to be charged in one unit. In the illustrated example, charging one layer of the ore A1 and the coke A2 is defined as 1ch, but the present invention is not limited to this. For example, charging two layers of ore A1 and coke A2 (that is, 4 dumps) may be 1ch.
ステップS102において、上下に並ぶ複数の圧力測定孔L1に順次圧力計19を差し込み、それぞれの圧力測定孔L1において、圧力計19の炉内差し込み量を調節しながら、炉径方向の複数の圧力測定ポイントで圧力を測定する(第2のステップに相当する)。 In step S102, the pressure gauges 19 are sequentially inserted into a plurality of pressure measurement holes L1 arranged vertically, and a plurality of pressure measurements in the furnace radial direction are adjusted while adjusting the amount of insertion of the pressure gauge 19 into the furnace in each pressure measurement hole L1. The pressure is measured at the point (corresponding to the second step).
ここで、圧力測定孔L1の配置間隔は、等間隔で、かつ、1chの層厚よりも小さくするのが好ましい。これにより、装入物の圧力分布がより正確に把握でき、ガス流速分布の推定精度を向上させることができる。本実施形態では、高さ方向の圧力測定ポイントが5点、炉径方向の圧力測定ポイントが13点とした。この圧力測定ポイントの個数は、推定の基礎となる高炉のサイズ、推定精度の要求レベルなどに応じて適宜変更することができる。 Here, it is preferable that the arrangement intervals of the pressure measurement holes L1 are equal and smaller than the layer thickness of 1ch. Thereby, the pressure distribution of the charge can be grasped more accurately, and the estimation accuracy of the gas flow velocity distribution can be improved. In this embodiment, the pressure measurement points in the height direction are 5 points, and the pressure measurement points in the furnace radial direction are 13 points. The number of pressure measurement points can be changed as appropriate according to the size of the blast furnace that is the basis of estimation, the required level of estimation accuracy, and the like.
なお、最後に装入した1ch分の装入物については、圧力測定対象から除くのが好ましい。最後に装入した装入物の圧力測定結果は、測定精度が低いからである。 In addition, it is preferable to remove from the pressure measurement object about the charge for 1ch charged last. This is because the pressure measurement result of the last charged material has low measurement accuracy.
ステップS103において、装入物Aのサンプリング処理を行う(第3のステップに相当する)。サンプリング処理は、最後に装入した1ch分の装入物を多数のサンプリング領域に分割するとともに、各サンプリング領域における装入物Aをサンプリングすることによって実施される。これらのサンプリング領域は、図5に図示するように、高さ方向に延びる複数の仮想境界線と、炉径方向に延びる複数の仮想境界線とによって、塊状帯102に対応する領域を多数に分割することにより構成される。なお、装入物の粒度分布、銘柄は、チャージ間のバラツキが小さいため、最後に装入した1ch分の装入物のみをサンプリング対象とすればよい。 In step S103, the charging material A is sampled (corresponding to the third step). The sampling process is performed by dividing the charge for the first channel loaded last into a large number of sampling areas and sampling the charge A in each sampling area. As shown in FIG. 5, these sampling areas are divided into a large number of areas corresponding to the massive band 102 by a plurality of virtual boundary lines extending in the height direction and a plurality of virtual boundary lines extending in the furnace radial direction. It is constituted by doing. In addition, since the particle size distribution and brand of the charge have small variations between charges, it is only necessary to set the last charge of 1ch as a sampling target.
ここで、各サンプリング領域の高さ方向に必ず圧力測定ポイントが設けられるように、各サンプリング領域を領域分けするのが好ましい。これにより、より正確に炉径方向のガス流速分布を推定することができる。ただし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、高さ方向に圧力測定ポイントが設けられていないサンプリング領域があってもよい。この場合、当該サンプリング領域は、流速推定の対象から除外すればよい。 Here, each sampling region is preferably divided into regions so that pressure measurement points are always provided in the height direction of each sampling region. Thereby, the gas flow velocity distribution in the furnace radial direction can be estimated more accurately. However, the present invention is not limited to this. For example, there may be a sampling region in which no pressure measurement point is provided in the height direction. In this case, the sampling area may be excluded from the target of flow velocity estimation.
ステップS104では、各サンプリング領域からサンプリングした装入物のそれぞれについて、装入物の銘柄毎の粒度情報を取得するとともに、銘柄毎の重量を測定する(第4のステップに相当する)。装入物の粒度は、例えば篩分けによって測定することができる。例えば、粒度が5mm〜7mの銘柄Xが10グラム、粒度が3mm〜5mmの銘柄Yが20グラム、粒度が5mm〜7mmの銘柄Yが30グラム含まれているなどの銘柄毎の粒度情報及び重量を測定する。銘柄には、塊鉱石、ペレット、焼結鉱、コークスなどの装入物の原料による種別の他、複数の塊鉱石を使用した場合はその種類(例えば、マラマンバ塊鉱石、ピソライト塊鉱石等)も含まれる。 In step S104, for each charge sampled from each sampling region, the granularity information for each brand of the charge is acquired and the weight for each brand is measured (corresponding to the fourth step). The particle size of the charge can be measured, for example, by sieving. For example, the brand size information and weight for each brand, such as 10 grams of brand X having a particle size of 5 mm to 7 m, 20 grams of brand Y having a grain size of 3 mm to 5 mm, and 30 grams of brand Y having a grain size of 5 mm to 7 mm. Measure. In addition to the type depending on the raw material of the charge such as lump ore, pellets, sintered ore, coke, etc., if multiple lump ores are used, the type (eg, Maramamba lump ore, pisolite lump ore, etc.) included.
ステップS105において、各サンプリング領域に存在する装入物の平均粒度を算出する(第5のステップに相当する)。平均粒度とは、重量加重平均径のことであり、その算出方法には当業者間で周知の方法が用いられる。具体的には、粒度が同じ装入物(銘柄は問わない)の重量を合算するとともに、この合算重量を粒度範囲の中間値に対応付けて記録する。そして、これらの中間値を対応する合算重量(粒度が同じ装入物が一銘柄しかない場合には、合算重量ではなく当該一銘柄の重量が用いられる)で加重平均することにより各サンプリング領域に存在する装入物の平均粒度を算出する。上述の銘柄X及びYを例にすると、粒度が5mm〜7mmである銘柄の合算重量である40グラムを粒度範囲の中間値6mmに対応付けて記録する。粒度が3〜5mmである銘柄は一種類であるから、その重量である20グラムを粒度範囲の中間値4mmに対応付けて記録する。そして、これらの中間値をそれぞれの重量で加重平均することにより、各サンプリング領域の装入物の平均粒度を算出する。すなわち、平均粒度は、6mm×40/60+4mm×20/60=5.13mmと算出される。 In step S105, the average particle size of the charge present in each sampling region is calculated (corresponding to the fifth step). The average particle size is a weight-weighted average diameter, and a method well known among those skilled in the art is used as the calculation method. Specifically, the weights of the charge having the same particle size (regardless of brand) are added together, and the combined weight is recorded in association with the intermediate value of the particle size range. Then, by averaging these intermediate values with the corresponding combined weight (if there is only one brand with the same particle size, the weight of the single brand is used instead of the total weight) Calculate the average particle size of the charge present. Taking the brands X and Y described above as an example, 40 grams, which is the combined weight of brands having a particle size of 5 mm to 7 mm, is recorded in association with an intermediate value of 6 mm in the grain size range. Since there is only one brand with a particle size of 3 to 5 mm, 20 grams as its weight is recorded in association with an intermediate value of 4 mm in the particle size range. And the average particle size of the charge of each sampling area is calculated by carrying out the weighted average of these intermediate values with each weight. That is, the average particle size is calculated as 6 mm × 40/60 + 4 mm × 20/60 = 5.13 mm.
ステップS106において、各サンプリング領域の空隙率を下記算出式(1)に基づき算出する(第6のステップに相当する)。
空隙率(ε)=(サンプリング体積−占有体積)/サンプリング体積・・・・・(1)
ここで、サンプリング体積とは、各サンプリング領域の体積のことである。占有体積は、各サンプル領域における装入物の占有体積のことであり、各銘柄の重量を真密度で除して、これらを合算することにより算出される。
In step S106, the porosity of each sampling region is calculated based on the following calculation formula (1) (corresponding to the sixth step).
Porosity (ε) = (sampling volume−occupied volume) / sampling volume (1)
Here, the sampling volume is the volume of each sampling area. The occupied volume is the occupied volume of the charge in each sample region, and is calculated by dividing the weight of each brand by the true density and adding them up.
ステップS107において、高さ方向(試験炉体15の炉径方向に直交する方向)に並ぶ圧力測定ポイント間(例えば、図5に図示する圧力測定ポイントP1、P2)のガス流速(U)を下記算出式(2)に基づいて、順次算出する(第7のステップに相当する)。なお、下記算出式(2)は、Ergunの公式である。
In step S107, the gas flow rate (U) between the pressure measurement points (for example, pressure measurement points P1 and P2 shown in FIG. 5) arranged in the height direction (direction orthogonal to the furnace diameter direction of the test furnace body 15) is expressed as follows. Based on the calculation formula (2), the calculation is sequentially performed (corresponding to the seventh step). The following calculation formula (2) is Ergun's formula.
ここで、△Pとは、圧力測定ポイント間の圧力差のことである。図5を例にした場合、圧力測定ポイントP1及びP2の圧力差が△Pに相当する。Lpとは、圧力測定ポイント間の距離のことである。εは上述したように空隙率(ε)のことである。φは粒子の形状係数のことである。μは、試験送風機18から送風される流体の粘度のことである。本実施形態では試験送風機18から空気が送風されるため、空気の粘度がμとなる。dは、粒子の粒度のことである。図5を例にした場合、圧力測定ポイントP1及びP2間の各サンプリング領域の装入物の平均粒度(ステップS105で算出した平均粒度)を、各サンプリング領域に存在する装入物の重量で加重平均した値がdとなる。Uは、ガスの流速のことである。つまり、上述の(2)式から、圧力測定ポイントP1及びP2の間を流れるガスの流速を算出することができる。ステップS107の処理は、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の全てにおいて実施される。 Here, ΔP is a pressure difference between pressure measurement points. When FIG. 5 is taken as an example, the pressure difference between the pressure measurement points P1 and P2 corresponds to ΔP. Lp is the distance between pressure measurement points. As described above, ε is the porosity (ε). φ is the particle shape factor. μ is the viscosity of the fluid blown from the test blower 18. In this embodiment, since air is blown from the test blower 18, the viscosity of the air is μ. d is the particle size of the particles. When FIG. 5 is taken as an example, the average particle size (average particle size calculated in step S105) of each sampling region between the pressure measurement points P1 and P2 is weighted with the weight of the charging material existing in each sampling region. The average value is d. U is the gas flow rate. That is, the flow velocity of the gas flowing between the pressure measurement points P1 and P2 can be calculated from the above equation (2). The process of step S107 is performed at all the pressure measurement points arranged in the height direction.
図6はステップS102で得られた各圧力測定ポイントの圧力データをマップ化して示した図である。ここに、横軸は炉中心から装入物までの無次元化距離(炉径方向の距離):Xを示しており、縦軸はSLからの無次元化距離:Yを示している。SLとは、ストックレベルのことである。表1は、図6のデータテーブルである。図7は、ステップS107で得られた圧力測定間のガス流速に関する計算結果をマッピングした図である。横軸が炉中心から装入物までの無次元化距離(炉径方向の距離):Xを示しており、縦軸がSLからの距離:Yを示している。表2は、図7のデータテーブルである。ここに、無次元化距離XおよびYは、炉口半径(=R1/2)を基準として無次元化されている。
ステップS108において、高さ方向にガス流速を平均化して、試験対象となる装入物の炉径方向におけるガス流速分布を得る。例えば、表2の場合、炉中心から炉径方向に向かって13点に等分された各位置でのガス流速が平均化される。表2の最下段にその数値が示されている。 In step S108, the gas flow velocity is averaged in the height direction to obtain a gas flow velocity distribution in the furnace radial direction of the charge to be tested. For example, in the case of Table 2, the gas flow velocity at each position equally divided into 13 points from the furnace center toward the furnace radial direction is averaged. The numerical values are shown at the bottom of Table 2.
高炉塊状帯を流れるガスの流速は、装入面直上で直接測定できるようにも思える。しかし、実際の測定値は、装入面表面の形状を反映した測定値となるため、正確な測定ができないのが実態である。それに対して上述の方法によれば、高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高めることができる。 It seems that the flow velocity of the gas flowing through the blast furnace block can be measured directly on the charging surface. However, since the actual measurement value is a measurement value reflecting the shape of the charging surface, it is actually impossible to measure accurately. On the other hand, according to the above-described method, it is possible to improve the gas flow rate estimation accuracy of the gas flowing through the blast furnace lump.
(推定されたガス流速分布の活用)
上述の方法によって求めた炉径方向のガス流速分布は、例えば、原料装入方法の良否を判定するために用いることができる。すなわち、炉径方向のガス流速分布と炉径方向の温度分布には相関関係があるから、温度分布の評価方法をガス流速分布の評価に援用することができる。具体的には、第1に炉径方向中心から30〜40%の範囲のガス流速が、それ以外の部分よりも高いこと、第2に炉径方向周辺側60〜70%の範囲のガス流速のバラツキが小さいこと、第3に前記周辺側領域における最大ガス流速を1としたときに、ガス流速が0.3以下の領域が特に炉壁側10%の範囲に存在しないこと、これら三つの評価基準に基づき、ガス流速分布を評価することができる。
(Utilization of estimated gas flow velocity distribution)
The gas flow velocity distribution in the furnace radial direction obtained by the above-described method can be used, for example, to determine the quality of the raw material charging method. That is, since there is a correlation between the gas flow rate distribution in the furnace radial direction and the temperature distribution in the furnace radial direction, the temperature distribution evaluation method can be used for the evaluation of the gas flow rate distribution. Specifically, first, the gas flow rate in the range of 30 to 40% from the center in the furnace radial direction is higher than other parts, and secondly, the gas flow rate in the range of 60 to 70% in the furnace radial direction peripheral side. Third, when the maximum gas flow rate in the peripheral region is set to 1, the region where the gas flow rate is 0.3 or less does not exist particularly in the range of 10% on the furnace wall side. Based on the evaluation criteria, the gas flow velocity distribution can be evaluated.
(還元負荷を推定する手順:ステップS110)
上述の方法によって推定した炉径方向のガス流速と対応する炉径方向の位置における円周断面積との積から、炉径方向のガス流量を推定する。例えば、表2の場合、炉中心から炉径方向に向かって13点に等分された各炉径方向位置での円周断面積を算出し、この算出された各円周断面積に平均化されたガス流速をそれぞれ乗じることにより、各炉径方向位置でのガス流量を推定する。次に、これに基づいて、全ガス流量と各炉径方向位置におけるガス流量との比率であるガス流量比率を算出する。一方、サンプリング結果や層厚測定結果から、対象位置に存在する鉄鉱石の量を求め、それと円周断面積との積から径方向位置毎の鉄鉱石量を算出する。なお、層厚とは、鉄鉱石の表層から鉄鉱石及びコークスの界面までの距離のことである。次に、これに基づいて、全鉄鉱石量と各炉径方向位置に存在する鉄鉱石との比率である鉄鉱石存在比率を算出する。これらの炉径方向のガス流量比率および鉄鉱石存在比率の値を用いて、算出式(3)から炉径方向の還元負荷を推定することができる。
還元負荷=鉄鉱石存在比率/ガス流量比率・・・(3)
(Procedure for Estimating Reduction Load: Step S110)
The gas flow rate in the furnace radial direction is estimated from the product of the gas flow velocity in the furnace radial direction estimated by the above-described method and the circumferential cross-sectional area at the corresponding position in the furnace radial direction. For example, in the case of Table 2, the circumferential cross-sectional area at each furnace radial direction position equally divided into 13 points from the furnace center toward the furnace radial direction is calculated and averaged to each calculated circumferential cross-sectional area. The gas flow rate at each furnace radial position is estimated by multiplying each of the gas flow rates. Next, based on this, a gas flow rate ratio, which is a ratio between the total gas flow rate and the gas flow rate at each furnace radial direction position, is calculated. On the other hand, the amount of iron ore present at the target position is obtained from the sampling result and the layer thickness measurement result, and the iron ore amount at each radial position is calculated from the product of the amount of the iron ore and the circumferential cross-sectional area. In addition, layer thickness is the distance from the surface layer of iron ore to the interface of iron ore and coke. Next, based on this, the iron ore presence ratio, which is the ratio between the total iron ore amount and the iron ore present at each furnace radial position, is calculated. The reduction load in the furnace radial direction can be estimated from the calculation formula (3) using the values of the gas flow rate ratio and the iron ore existing ratio in the furnace radial direction.
Reduction load = iron ore abundance ratio / gas flow rate ratio (3)
ここで、還元負荷は単位還元ガス流量が還元しなければならない鉄鉱石の量を表す無次元数の指標であり、還元ガス流量と鉄鉱石量のバランスが全還元ガス量と全鉄鉱石量の比率となる場合には、この値は1となる。そのため、1を基準に、径方向位置毎のガス流量と鉄鉱石量のバランスを相対的に評価することができる。 Here, the reduction load is a dimensionless index indicating the amount of iron ore that the unit reducing gas flow rate must reduce, and the balance between the reducing gas flow rate and the iron ore amount is the total reducing gas amount and the total iron ore amount. In the case of a ratio, this value is 1. Therefore, the balance between the gas flow rate and the iron ore amount for each radial position can be relatively evaluated with reference to 1.
(還元負荷と実炉でのガス利用率(以下、ηCOという場合がある)の対応)
上述の方法によって求めた炉径方向の還元負荷分布は、原料装入方法の良否を判定するために用いることができる。すなわち、炉径方向のガス成分は、還元ガス量と被還元対象となる鉄鉱石量の比率から決まるため、還元負荷分布の評価方法を装入物分布の還元ガス利用効率の評価に援用することができる。還元負荷とそれに対応する実炉のガス利用率をそれぞれ図9および図10に示す。また、両者の相関関係を図11に示す。図11に示すように、両者には強い相関関係があり、還元負荷分布を用いて、対象の装入物分布形状の良否を判定できる。さらに、両者の炉径方向のパタンを比較すると、
I)還元負荷及びηCOは、無次元半径距離1.0のポイントよりも0のポイントの方が低くなっている。
II)還元負荷及びηCOの炉径方向における変化を表すグラフは、両者とも上に凸のカーブを描き、無次元半径0.6よりも少し内側の領域にピーク値がある。
III)還元負荷1を上回る無次元半径0.4のやや内側から0.8のやや外側の範囲は、ηCO50%を上回る範囲と一致する。
IV)ηCO40%を下回る範囲は無次元半径0.2より内側であり、これに対応する範囲は還元負荷0.8を下回る範囲である。
V)最中心点だけがηCO30%を下回るのに対し、還元負荷は最中心点だけが0.6を下回る。
以上の点が確認されることから、上述の方法によって求めた炉径方向の還元負荷分布は還元ガス利用効率の評価に十分に援用可能であると言える。
(Correspondence between reduction load and gas utilization rate in actual furnace (hereinafter sometimes referred to as ηCO))
The reduction load distribution in the furnace radial direction obtained by the above-described method can be used to determine the quality of the raw material charging method. In other words, since the gas component in the furnace radial direction is determined by the ratio of the amount of reducing gas and the amount of iron ore to be reduced, the evaluation method of reducing load distribution should be used for the evaluation of reducing gas utilization efficiency of charge distribution. Can do. The reducing load and the corresponding gas utilization rate of the actual furnace are shown in FIGS. 9 and 10, respectively. FIG. 11 shows the correlation between the two. As shown in FIG. 11, there is a strong correlation between the two, and the quality of the target charge distribution shape can be determined using the reduction load distribution. Furthermore, when comparing the pattern of both furnace radial direction,
I) The reduction load and ηCO are lower at the zero point than at the dimensionless radial distance of 1.0.
II) Both graphs showing the reduction load and the change in ηCO in the furnace radial direction have a convex curve upward, and have a peak value in a region slightly inside the dimensionless radius of 0.6.
III) The range slightly outside the dimensionless radius 0.4 that exceeds the reduction load 1 from 0.8 slightly matches the range that exceeds ηCO 50%.
IV) The range below ηCO 40% is inside the dimensionless radius 0.2, and the corresponding range is below the reduction load 0.8.
V) Only the central point is below ηCO30%, while the reduction load is only the central point below 0.6.
Since the above points are confirmed, it can be said that the reduction load distribution in the furnace radial direction obtained by the above-described method can be sufficiently used for the evaluation of the reducing gas utilization efficiency.
(推定された還元負荷分布の活用)
上述の方法によって推定された還元負荷分布に基づき、その時に採用した装入方法の良否を判定できる。
たとえば、第1に炉径方向中心から30〜40%の範囲の還元負荷が、それ以外の部分よりも低く、単調に増加していること、第2に炉径方向周辺側60〜70%の範囲の還元負荷のバラツキが小さいこと、第3に前記周辺側領域における最大還元負荷が0.6〜1.4を外れる領域が特に炉壁側10%の範囲に存在しないこと、これら三つの評価基準を予め定めておく。そして、得られた還元負荷分布に対して前記評価基準を用いて判定することで、対象となる装入方法の良否を定めることができる。
(Utilization of estimated reduction load distribution)
Based on the reduction load distribution estimated by the above-described method, the quality of the charging method employed at that time can be determined.
For example, first, the reduction load in the range of 30 to 40% from the center in the furnace radial direction is lower than the other parts and is increasing monotonously, and secondly, the reduction load is 60 to 70% on the peripheral side in the furnace radial direction. The range of reducing load variation is small, and third, the region where the maximum reducing load in the peripheral side region is not within the range of 0.6 to 1.4 does not exist particularly in the range of 10% on the furnace wall side. Keep it. And the quality of the charging method used as an object can be defined by judging using the above-mentioned evaluation standard to the obtained reduction load distribution.
(変形例1)
上述の実施形態では、Ergunの公式を用いてガス流速を算出したが、本発明はこれに限るものではなく、下記(3)式のCarmanの公式を用いることもできる。
△P/Lp=f(ρU2)(1-ε)/φdε3・・・・・・・・(3)
ここで、fは摩擦係数であり、粒子基準のレイノズル数の関数となる。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the gas flow rate is calculated using the Ergun formula, but the present invention is not limited to this, and the Carman formula of the following equation (3) can also be used.
ΔP / Lp = f (ρU 2 ) (1−ε) / φdε 3 (3)
Here, f is a coefficient of friction and is a function of the number of lay nozzles based on particles.
(変形例2)
図8は、図5に対応しており、圧力測定ポイントの位置が上述の実施形態と異なる。すなわち、圧力測定ポイントP1´がサンプリング範囲の境界ではなくサンプリング範囲の内側にある場合には、一点鎖線で示すように、サンプリング範囲をさらに細分化して、ガス流速を推定すればよい。
(Modification 2)
FIG. 8 corresponds to FIG. 5, and the position of the pressure measurement point is different from that of the above-described embodiment. That is, when the pressure measurement point P1 ′ is not inside the sampling range but inside the sampling range, as shown by the alternate long and short dash line, the sampling range may be further subdivided to estimate the gas flow rate.
(変形例3)
上述の試験炉体15は、実炉のうち炉口部K及びシャフト部Lの上部(シャフト上部)を模した形状に構成されているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、高炉装入物の実炉での堆積状態を再現できるのであれば、炉口部Kを実炉に模する必要はなく、試験炉体15は、実炉のうちシャフト上部のみを模した形状であってもよい。シャフト上部を流れるガスの炉径方向における流速分布が推定できればよいからである。また、試験炉体15は、実炉の全てを模した形状であってもよい。
(Modification 3)
The test furnace body 15 described above is configured in a shape simulating the upper part (the upper part of the shaft) of the furnace port part K and the shaft part L in the actual furnace, but the present invention is not limited to this. For example, if it is possible to reproduce the accumulation state of the blast furnace charge in the actual furnace, it is not necessary to imitate the furnace port portion K in the actual furnace, and the test furnace body 15 imitates only the upper part of the shaft in the actual furnace. It may be a shape. This is because it is only necessary to estimate the flow velocity distribution in the furnace radial direction of the gas flowing in the upper part of the shaft. Further, the test furnace body 15 may have a shape imitating all of an actual furnace.
(変形例4)
上述では、還元負荷の活用法として、その炉径方向の分布から判定する方法を示したが、図11の還元負荷とηCOとの対応関係を用いて、炉径方向の還元負荷分布を炉径方向のηCO分布に変換し、ガス利用率の観点から対象の装入物分布を評価できる。そして、変換されたηCO分布の良否を判定してもよいし、また、それを平均化処理して全体のηCOを求めて、これに基づき判定してもよい。
(Modification 4)
In the above description, a method of determining from the distribution in the furnace radial direction has been shown as a method for utilizing the reduction load. However, the reduction load distribution in the furnace radial direction is determined using the correspondence relationship between the reduction load and ηCO in FIG. It can be converted into a ηCO distribution in the direction, and the target charge distribution can be evaluated from the viewpoint of gas utilization. Then, the quality of the converted ηCO distribution may be determined, or it may be averaged to obtain the overall ηCO and determined based on this.
1・・・装入試験装置 11・・・試験サージホッパー
12・・・試験装入ベルトコンベア 13・・・試験固定ホッパー
14・・・試験旋回シュート 15・・・試験炉体
16・・・試験送風支管 17・・・試験原料排出装置
18・・・試験送風機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Loading test apparatus 11 ... Test surge hopper 12 ... Test charging belt conveyor 13 ... Test fixed hopper 14 ... Test turning chute 15 ... Test furnace body 16 ... Test Blower branch 17 ... Test material discharge device 18 ... Test blower
Claims (7)
前記高炉塊状帯が位置する高炉炉体のシャフト上部を模した形状部を少なくとも有する試験炉体に対して、高炉装入物を装入する第1のステップと、
前記試験炉体の炉径方向に直交する高さ方向における複数の圧力測定ポイントのそれぞれにおいて、前記高炉装入物の圧力を前記炉径方向に並ぶ複数の圧力測定ポイントにて測定する第2のステップと、
前記試験炉体に装入した最後の1チャージ分の高炉装入物を、高さ方向に延びる複数の仮想境界線と炉径方向に延びる複数の仮想境界線とによって、多数のサンプリング領域に分割して、各サンプリング領域から装入物をサンプリングする第3のステップと、
前記各サンプリング領域においてサンプリングされた装入物の銘柄毎の粒度及び重量を測定する第4のステップと、
前記各サンプリング領域における装入物の平均粒度を算出する第5のステップと、
前記各サンプリング領域における空隙率を算出する第6のステップと、
少なくとも、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の圧力差と、これらの圧力測定ポイント間に位置する装入物の平均粒度及び前記各サンプリング領域の空隙率とに基づき、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間を流れるガスの流速を順次算出する第7のステップと、
前記第7のステップで、同一の炉径方向位置について得られた前記高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間を流れるガスの流速を平均化する第8のステップと、
を有することを特徴とするガス流速推定方法。 A gas flow rate estimation method for estimating a flow rate of gas flowing through a blast furnace block,
A first step of charging a blast furnace charge to a test furnace body having at least a shape part imitating a shaft upper part of the blast furnace furnace body in which the blast furnace ingot band is located;
A second pressure measuring unit configured to measure a pressure of the blast furnace charge at a plurality of pressure measurement points arranged in the furnace radial direction at each of a plurality of pressure measurement points in a height direction orthogonal to a furnace radial direction of the test furnace body; Steps,
The blast furnace charge for the last charge charged in the test furnace body is divided into a large number of sampling regions by a plurality of virtual boundary lines extending in the height direction and a plurality of virtual boundary lines extending in the furnace radial direction. A third step of sampling the charge from each sampling region;
A fourth step of measuring the particle size and weight of each brand of charge sampled in each sampling region;
A fifth step of calculating an average particle size of the charge in each sampling region;
A sixth step of calculating a porosity in each sampling region;
Pressure measurement aligned in the height direction based on at least the pressure difference between the pressure measurement points aligned in the height direction, the average particle size of the charge located between these pressure measurement points, and the porosity of each sampling region. A seventh step of sequentially calculating the flow velocity of the gas flowing between the points;
An eighth step of averaging the flow velocity of the gas flowing between the pressure measurement points arranged in the height direction obtained for the same furnace radial direction position in the seventh step;
A gas flow velocity estimation method comprising:
前記第4のステップで得られた重量に基づき、前記第1のステップで装入された高炉装入物に含まれる全鉄鉱石と炉径方向の各位置に存在する鉄鉱石との比率である鉱石存在比率を算出し、
前記第8のステップで推定されたガス流速に基づき、全ガス流量と炉径方向の各位置におけるガス流量との比率であるガス流量比率を算出し、
これらの算出結果に基づき、前記炉径方向の各位置における鉱石存在比率とガス流量比率との比率である炉径方向の還元負荷を求めることを特徴とする還元負荷推定方法。 A reduction load estimation method for estimating a reduction load using the gas flow velocity estimation method according to any one of claims 1 to 6 ,
Based on the weight obtained in the fourth step, the ratio between the total iron ore contained in the blast furnace charge charged in the first step and the iron ore present at each position in the furnace radial direction. Calculate the ore presence ratio,
Based on the gas flow rate estimated in the eighth step, calculate a gas flow rate ratio that is a ratio between the total gas flow rate and the gas flow rate at each position in the furnace radial direction,
A reduction load estimation method characterized in that, based on these calculation results, a reduction load in the furnace radial direction which is a ratio of an ore presence ratio and a gas flow rate ratio at each position in the furnace radial direction is obtained.
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