JP6372271B2 - 製鉄用ペレットの還元粉化指数の推定方法 - Google Patents
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Description
1/WRZ=Aε2+Bε+C・・・・・・・・・・・・式(I)
ここで、r<2×10−6(m)の場合、
A=4.86×10−7×r−0.642
B=−4.64×10−5×r−0.639
C=1.98×10−3×r−0.615であり、
r≧2×10−6(m)の場合、
A=3.66×10−4×r−0.138
B=−3.83×10−2×r−0.127
C=1.07×r−0.136である。
Attrans.=Attopo/(1+WRZ2)+Atn−topoWRZ2/(1+WRZ2)
・・・式(II)
ここで、総亀裂面積(Attopo)はトポケミカル反応における単位体積あたりの総亀裂面積であり、総亀裂面積(Atn−topo)は非トポケミカル反応における単位体積あたりの総亀裂面積である。
RDI=5.15×10−7Attrans.+0.538・・・・・・・・・式(III)
RDI=4.68×10−6Attrans.−9.23・・・・・・・・・・式(IV)
図1のフローチャートを参照しながら、酸化鉄ペレットの気孔構造からその還元粉化指数(RDI)を推定する方法について説明する。ステップS101において、酸化鉄ペレットの気孔構造を前述水銀圧入法により測定し、気孔率(ε)および平均気孔径(r)を測定する。ステップS102において、ステップS101で測定された平均気孔径(r)が2×10−6(m)未満であるか否かを判別する。r<2×10−6(m)の場合(ステップS102 Yes)、処理はステップS103に進む。r≧2×10−6(m)の場合(ステップS102 No)、処理はステップS104に進む。
トポケミカル反応における亀裂密度推定方法について説明する。トポケミカル反応とは、還元反応が試料表面から明瞭な反応界面を生成し、同心円状に変化しながら順次進行する還元反応様式のことである。図2にトポケミカル反応の亀裂生成過程の組織およびその模式図を示す。この模式図において、ハッチングしたドーナツ状の領域がFe3O4(マグネタイト)であり、それ以外の領域が初期相であるFe2O3(ヘマタイト)である。トポケミカル反応では、I)〜III)の順序で還元反応が進行する。
I) 還元初期に周辺から同心円状に還元反応が進行する。
II) 還元中期に還元反応の進行に伴い同心円状に亀裂が生成する。
III) 還元後期に中心付近にも亀裂が生成する。
Actopo=σtopo 2πRH 3/2γM
×{(1−RH 3/RP 3)(1+νM)/EM+2(1−2νH)/EH}・・・(2)
Attopo=3σtopo 2/(8γM)/(1−ε)×[−XM 3(1+νM)/3EM
+XM 2{(1+νM)/EM−2(1−2νH)/EH}/2+2XM(1−2νH)/EH] ・・・(4)
図3に非トポケミカル反応の亀裂生成過程の組織およびその模式図を示す。非トポケミカル反応では、I)還元初期に気孔からFe3O4相が析出し、放射状に亀裂が生成し、
II)還元中期およびIII)還元後期には、Fe3O4相が成長するとともに、亀裂は更に進展する。
Acn−topo=σn-topo 2πRM 3/2γH
×{(1+νH)/EH+2(1−2νM)/EM} ・・・(6)
Atn−topo=3σn−topo 2/16/γH/(1-ε)
×{(1+νH)/EH+2(1−2νM)/EM}×XM 2 ・・・(8)
図4はEPMA元素分析測定結果の画像データである。図5はEPMA測定結果より導出した還元後ペレットの半径方向のFe3O4濃度分布の一例を示している。ここでグラフの傾きの逆数を反応帯幅(WRZ)として計測する。トポケミカル反応では、同心円状に還元反応が進むため、グラフの傾きが無限大、つまり、WRZ=0になる。言い換えると、トポケミカル反応では、酸化鉄ペレットの径方向における反応界面を境界としてFe2O3(ヘマタイト)からFe3O4(マグネタイト)に急激に変化するため、図5の傾きθは無限大になる。一方、非トポケミカル反応では、還元反応が径方向において均等に進むため、グラフの傾きが0、つまり、WRZ=∞になる。言い換えると、非トポケミカル反応では、グラフが水平方向に延びる直線になり、この直線は還元反応が進むにしたがって、傾きθ=0を保ちながら、Fe3O4(マグネタイト)の濃度が上昇する方向にシフトする。
本発明者らは、ペレット気孔形態や還元ガス組成を種々変更した還元粉化試験を行い、また試験後の試料断面のEPMA測定を実施することで、それらが反応帯幅(WRZ)および還元粉化指数(RDI)に及ぼす影響を調べた。その結果、還元粉化指数(RDI)は、反応が非トポケミカルに進行するほど促進されるとの結論に至った。また、トポケミカル反応および非トポケミカル反応の遷移領域における単位体積あたりの総亀裂面積(Attrans.)はトポケミカル反応および非トポケミカル反応の加重平均が成り立つと仮定し、下記の式(9)のように反応帯幅(WRZ)の関数として導出できることを見出した。この式(9)の関係が特許請求の範囲に記載の「EQ2」に相当する。さらに、総亀裂面積(Attrans.)と還元粉化指数(RDI)との間に下記の式(10)、(11)の関係があることを見出した。この関係が特許請求の範囲に記載の「EQ3」に相当する。
・・・(9)
RDI=5.15×10−7Attrans.+0.538
(Attrans.<2.345×106) ・・・(10)
RDI=4.68×10−6Attrans.−9.23
(Attrans.≧2.345×106) ・・・(11)
1/WRZ=Aε2+Bε+C ・・・(12)
以下に示すように、平均気孔径r(m)の大小に応じて、係数A、B及びCの算出式は異なる。
(r<2×10−6)
A=4.86×10−7×r−0.642 ・・・(13)
B=−4.64×10−5×r−0.639 ・・・(15)
C=1.98×10−3×r−0.615 ・・・(17)
(r≧2×10−6)
A=3.66×10−4×r−0.138 ・・・(14)
B=−3.83×10−2×r−0.127 ・・・(16)
C=1.07×r−0.136 ・・・(18)
式(12)〜(18)に示すように、酸化鉄ペレットの平均気孔径(r)及び気孔率(ε)がわかれば、反応帯幅(WRZ)を導出することができる。
ISO15901−1に準じた水銀圧入法により気孔径分布を測定する。図6に気孔径分布測定結果の一例を示す。本測定結果より、気孔率(ε)および平均気孔径(r)を導出することができる。また、水銀圧入法以外の方法として、酸化鉄ペレットの断面組織を顕微鏡等で撮影し、その撮影データを2値化処理によって気孔部分とそれ以外の部分とに識別した後、画像解析することで、気孔径分布を測定してもよい。
(実施例2)
Claims (4)
- 製鉄用ペレットの還元粉化指数(RDI)を推定する方法であって、
予め、ペレットの気孔率(ε)及び平均気孔径(r)と、前記RDIの測定と同一の還元条件で還元した後の、ペレットの初期半径で無次元化された径方向における、マグネタイトとヘマタイトの和に対するマグネタイトのモル比の変化を表す傾きの逆数である反応帯幅(WRZ)との関係であるEQ1を定めておき、
予め、前記反応帯幅(WRZ)と還元により生じるペレット内の単位体積あたりの総亀裂面積(Attrans.)との関係であるEQ2を定めておき、
予め、前記総亀裂面積(Attrans.)と還元粉化指数(RDI)との関係であるEQ3を定めておき、
測定対象の製鉄用ペレットの気孔率(ε)及び平均気孔径(r)を測定する工程と、
前記測定値から前記EQ1に基づいて反応帯幅(WRZ)を推定し、前記反応帯幅(WRZ)から前記EQ2に基づいて総亀裂面積(Attrans.)を推定し、前記総亀裂面積(Attrans.)から前記EQ3に基づいて還元粉化指数(RDI)を推定する工程と、
を有する製鉄用ペレットの還元粉化指数(RDI)の推定方法。 - 前記EQ1は、下記式(I)である請求項1に記載の製鉄用ペレットの還元粉化指数(RDI)の推定方法。
1/WRZ=Aε2+Bε+C・・・・・・・・・・・・式(I)
ここで、r<2×10−6(m)の場合、
A=4.86×10−7×r−0.642
B=−4.64×10−5×r−0.639
C=1.98×10−3×r−0.615であり、
r≧2×10−6(m)の場合、
A=3.66×10−4×r−0.138
B=−3.83×10−2×r−0.127
C=1.07×r−0.136である。 - 前記EQ2は、下記式(II)である請求項1又は2に記載の製鉄用ペレットの還元粉化指数(RDI)の推定方法。
Attrans.=Attopo/(1+WRZ2)+Atn−topoWRZ2/(1+WRZ2)
・・・式(II)
ここで、総亀裂面積(Attopo)はトポケミカル反応における単位体積あたりの総亀裂面積であり、総亀裂面積(Atn−topo)は非トポケミカル反応における単位体積あたりの総亀裂面積である。 - 前記EQ3は、総亀裂面積(Attrans.)が2.345×106(m2/m3)未満の場合には下記式(III)であり、総亀裂面積(Attrans.)が2.345×106(m2/m3)以上の場合には下記式(IV)である請求項1乃至3のうちいずれか一つに記載の製鉄用ペレットの還元粉化指数(RDI)の推定方法。
RDI=5.15×10−7Attrans.+0.538・・・・・・・・・式(III)
RDI=4.68×10−6Attrans.−9.23・・・・・・・・・・式(IV)
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