高炉の還元環境をシミュレートするために、チューブ還元炉は特定のガス組成と熱条件を使用して精密に制御された雰囲気を作成します。通常、15 L/min 程度の流量で、一酸化炭素（CO）、二酸化炭素（CO2）、水素（H2）、窒素（N2）などのガスの流れを制御します。この化学的環境を800〜1000 °C の厳密な温度範囲内に維持することにより、この装置は高アルカリ性ペレットなどの材料の冶金性能を検証するために必要な激しい還元条件を再現します。
主なポイント チューブ還元炉は単なる加熱装置ではなく、高炉の気固反応速度論を模倣する化学反応器です。その主な価値は、大規模な工業的応用が行われる前に、制御された雰囲気条件下で特定の材料の挙動（膨張や劣化など）を分離して測定できる能力にあります。
高炉雰囲気を再現する
鉄鉱石の製造中に原料がどのように挙動するかを正確に予測するには、炉は 2 つの重要な変数、すなわち化学組成とガス力学を再現する必要があります。
正確なガス組成
シミュレーションは、還元ガスと不活性ガスの特定の混合物に依存します。炉は、高炉シャフトで見られる還元ガスを反映した比例組成で、CO、CO2、H2、N2 を導入します。
この特定のブレンドにより、オペレーターは生産で直面する化学反応とまったく同じ反応に材料をさらすことができます。
制御された流量
環境をシミュレートするには、ガスの存在だけでなく、その動きも必要です。炉は、しばしば 15 L/min と言われる定義されたガス流量を維持します。
これにより、反応物がペレット表面に継続的に供給され、稼働中の高炉炉筒で経験される動的なガス流が再現されます。
冶金性能の検証
環境が確立されると、炉は 800〜1000 °C の温度範囲で動作します。この温度範囲により、 3 つの重要な性能指数を測定できます。
還元度
炉は還元度を測定します。これは、鉄鉱石から酸素がどれだけ効果的に除去されたかを示します。
この指標は、提供された特定のガス雰囲気下での材料の化学的効率を確認します。
還元膨張率
材料は化学還元中に体積が変化することがよくあります。炉は、特に高アルカリ性ペレットの還元膨張率の検出を可能にします。
これを監視することで、実際の高炉で過度に膨張して空気の流れを妨げる可能性のある材料の使用を防ぐことができます。
還元粉化指数
この試験では、還元粉化指数も決定されます。これは、還元プロセス中にペレットが粉末に崩壊する傾向を測定します。
高い粉化は高炉を詰まらせる可能性があり、これは重要な耐久性試験となります。
トレードオフの理解
チューブ還元炉試験は価値がありますが、パラメータの厳密な維持に大きく依存します。
パラメータ偏差への感度
シミュレーションの精度は、流量と温度制御の精度に完全に依存します。
ガス流量が目標（例：15 L/min）から逸脱したり、温度が 800〜1000 °C の範囲を外れたりすると、膨張や粉化に関する結果のデータは、実際高炉の性能と相関しない可能性があります。
材料の特定性
主な参照資料は、高アルカリ性ペレットの試験を強調しています。
炉は一般的に環境をシミュレートしますが、膨張指数と粉化指数の解釈は、試験されるペレットまたは焼結鉱の種類に固有であることが多く、異なる材料には異なるベンチマークが必要です。
目標に合った選択をする
| 特徴 | シミュレーションパラメータ | 冶金学的影響 |
|---|---|---|
| ガス組成 | CO、CO2、H2、N2 混合物 | 化学的還元環境を再現 |
| 温度範囲 | 800〜1000 °C | 高炉シャフトの熱条件をシミュレート |
| ガス流量 | 約 15 L/min | 材料への反応物の一貫した供給を保証 |
| 測定指数 | 還元度 | 化学的効率と酸素除去を評価 |
| 測定指数 | 膨張と粉化 | 炉の透過性と粉塵生成を予測 |
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参考文献
- Yufeng Guo, Xinyao Xia. Optimizing High-Al2O3 Limonite Pellet Performance: The Critical Role of Basicity in Consolidation and Reduction. DOI: 10.3390/met15070801
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
