JP2001011515A

JP2001011515A - 金属鉱石の溶融還元製錬方法及び装置

Info

Publication number: JP2001011515A
Application number: JP11179208A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Iwasaki; 克博岩崎; Shinichi Isozaki; 進市磯崎; Masahiro Kawakami; 正弘川上; Mitsuhiro Yamanaka; 光弘山中; Takeshi Sekiguchi; 関口　　毅; Masayuki Watabe; 雅之渡部
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】炉内のスラグ及びメタル浴部撹拌用ガスを吹
き込む溶融還元炉底部のノズル寿命を向上させる技術の
開発。【解決手段】製錬炉底部近傍の炉側壁１８に、溶融物
を撹拌するためのガスの吹込み用サイドノズル１２を設
ける。撹拌用ノズルは、出湯孔よりも低い位置に設け
る。更に、炉壁の残湯抜き孔よりも高い位置にも撹拌用
ノズルを設ける。更に、炉底１７にも撹拌用ノズル設け
る。【効果】底部の撹拌用ノズル寿命を向上させることが
できるので、炉内浴部撹拌の安定化が図られ、溶融還元
反応を長期的に安定化させることができ、生産性の向上
及び諸作業用材料原単位の低減がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属鉱石の溶融
還元操業において、炉内のスラグ及びメタル浴部撹拌用
ガスを吹き込む溶融還元炉底部のノズル寿命を向上させ
る技術に関するものであり、これにより当該浴部撹拌の
長期的安定化を図り、炉内溶融還元反応を長期的に安定
化させることにより、生産性の向上及び諸作業用材料原
単位の低減に寄与する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石の溶融還元技術は、製錬炉におい
て鉄鉱石を炭材の燃焼で溶融すると共に、当該炭材で還
元して、溶銑を製造する技術である。従って、鉄鉱石の
溶融還元法は、高炉設備で鉄鉱石をコークスで還元して
溶銑を製造する高炉製銑法に部分的に代替し得るもので
ある。高炉製銑法は、高炉の建設費が高く、広大な敷地
が必要であるという欠点と、高炉用コークスの製造に強
粘結性の原料炭を必要とする。ところが原料炭は将来的
に枯渇する懸念がある。

【０００３】これに対して一般炭の埋蔵量は豊富であ
り、そのような心配はない。また、コークス炉及び焼結
設備は環境規制が厳しいので公害対策設備完備に多額の
費用を要し、ますます建設しにくくなっている。鉄鉱石
の溶融還元法は、将来、上記問題を解決し得る技術とし
て期待され、近年その技術開発が行なわれている。ま
た、鉄鉱石の溶融還元技術は、ニッケル鉱石やクロム鉱
石の溶融還元にも適用し得るものであり、ステンレス鋼
製造の製錬にも応用されている。

【０００４】こうした金属鉱石の溶融還元プロセスの中
核的製錬炉として溶融還元炉を設け、予熱ないし予備還
元された金属鉱石を原料とし、炭材の燃焼熱で当該金属
鉱石をこの溶融還元炉で溶融すると共に、当該炭材で還
元して金属溶湯を得る。ここで、溶融還元炉における溶
融鉱石の還元反応を促進するために、造滓材添加により
生成した溶融スラグと溶融メタルとの界面における撹拌
を十分に行なうことが、鉱石の還元反応の促進、並びに
二次燃焼率向上及び二次燃焼熱の溶融メタルへの着熱効
率向上のために重要である。

【０００５】そこで、上記事項達成のために、一般に溶
融還元炉の底部から窒素ガス等の不活性ガスを溶融部、
即ち浴部に吹き込んでスラグ及びメタル各浴部の撹拌を
行なっている。図８に、溶融還元炉における鉄鉱石の製
錬中に炉底部から撹拌用ガスを浴部に吹き込む状況を示
す。溶融還元炉内では一般に、メタル浴２の強撹拌によ
り生成するメタル滴３７がスラグ中の（ＦｅＯ）等の還
元と、スラグ−メタル浴の伝熱を促進している。即ち、
メタル浴２の強撹拌により、生成するメタル滴３７がス
ラグ浴３中の（ＦｅＯ）等の還元とメタル浴２への伝熱
を促進している。

【０００６】一方、炉底１７部には通常、複数本のガス
吹込み用の炉底ノズル１１を取り付け、所定量の撹拌用
不活性ガス１３を吹き込む。ガス種としては経済性の観
点から通常、Ｎ₂ガスが用いられることが多い。撹拌用
ガスの吹込み量は上記目的を達成するために必要且つ十
分な量とする。例えば、本発明者等の試験値によれば、
メタル浴重量当たり、０．２〜０．８Ｎｍ³／ｍｉｎ・
ｔ-炉内メタル滞留量程度のかなり大流量のＮ₂ガスを吹
き込む。これを森・佐野教授が提唱する下記撹拌動力評
価式［数１］（森一美、佐野正道：鉄と鋼（１９８
１）、第６号、ｐ６７２〜６９５）を用い、同式中のη
の値としてＬｅｈｒｅｒ等の研究を参考にη＝０．０６
としてその吹込みガスの撹拌力を算定すると、１〜３ｋ
Ｗ／ｔ-炉内メタル滞留量となる。

【０００７】

【数１】

【０００８】このように、かなり大流量の撹拌用ガス
を、炉底１７部に装着された金属製ノズルから浴部に吹
き込むが、この金属製ノズルはその周囲を耐火煉瓦で固
定する必要がある。上述したかなり大流量の常温のＮ２
ガスは、温度１５００℃程度のメタル浴に吹き込まれる
ので、ノズル先端部において７００℃程度に加熱されて
吹き込まれる。これに伴って、金属製ノズル及びノズル
固定用の耐火煉瓦の温度は、その周囲の稼動面が１５０
０℃になっているのに対して、７００℃近傍まで冷却さ
れた状態になっている。このノズル固定用の耐火煉瓦
（以下、「ノズル煉瓦」という）の温度分布は、メタル
側の１５００℃から７００℃程度を経由して炉底外面部
では数１０℃となる。このようにノズル煉瓦は、著しく
急勾配な温度分布条件下にあるため、大きな熱応力を長
時間にわたり受けている。従って、ノズル煉瓦は周囲の
耐火煉瓦よりも損耗が著しく大きい。例えば、周囲の耐
火煉瓦のノズル煉瓦は５倍程度損耗する。

【０００９】このように損耗したノズルに対する処置と
しては、メタル浴２を当該ノズル配置位置から何らかの
方法、例えば、炉を傾転させたり、非傾転式炉の場合に
はメタルを全量出湯したりして排除してから交換補修す
るか、又は、損耗の著しいノズル孔を熱間補修作業で閉
塞処理するかのいずれかの方法がある。しかしながら、
前者のノズル交換方式では操業を一時停止しなければな
らず、生産性を著しく阻害するので、現実には後者のノ
ズル孔閉塞処置をとり、最小限の設備停止で切り抜け
る。

【００１０】こうして、複数個の炉底ノズル１１の内閉
塞処置数が増えるほど撹拌用ガス吹込み量は少なくせざ
るを得ない。１個のノズルからのガス吹込量は、ノズル
損耗、溶鉄のノズル内侵入やガス吹抜け抑制の観点から
制限されるからである。撹拌用ガス１３吹込量の減少に
つれて、特に鉱石の還元反応が遅延する。この還元反応
の遅延は操業上極めて大きな不利益をもたらす。即ち、
生産速度の低下のみならず、製錬完了までに長時間を要
するので全ての作業用材料の所要原単位、例えば炭材原
単位、製錬用酸素ガス原単位、炉体耐火物原単位及び附
帯設備運転上の諸原単位が上がる。

【００１１】以上、詳述した問題点に対して、従来の対
応技術の主なものは、ノズル煉瓦の材質向上による寿命
延長、及び、ノズル一個当たりからのガス吹込み量を減
らすために、炉底部により多数のガス吹込みノズルを設
けることが知られている程度である。他方、特許番号第
２６７９１８９号公報には、溶融還元炉におけるスロッ
ピング予知技術が開示されており、同公報の図２には、
溶融還元炉の操業においてスロッピングの予知とスロッ
ピングの発生防止とを目的とし、炉内浴部の撹拌用手段
として、メタル浴中に炉底部のノズルから、そしてスラ
グ浴中に炉側壁のノズルからそれぞれ撹拌用ガスを吹き
込む方法が記載されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記先
行技術にはそれぞれ下記問題点がある。ノズル煉瓦の材
質向上による当該ノズルの寿命延長では、上述した厳し
い熱応力条件下では十分な効果が期待されず、また底部
ノズル数の増加による吹込みガス量の確保方法では、ノ
ズル取り付け可能な炉底面積の制限と、炉底部近傍側壁
煉瓦の損耗によるメタル浴部内径の増加に伴う容積増加
による浴のメタル重量増加、例えば旧炉では３０〜１０
０％程度の増加により、十分な浴撹拌効果を得ることが
できない。

【００１３】また、特許番号第２６７９１８９号公報に
記載の方法では、炉底部のガス吹込み部分が先行して損
耗するので、本発明者等の推定によれば、例えば炉底煉
瓦厚みが１ｍの場合でも炉寿命は３〜４カ月程度であ
る。また、炉壁からのガス吹込みがスラグ浴内に対して
なされるので、スラグないしスラグ・メタル界面近傍の
撹拌には効果的であるが、底吹き撹拌ノズルの代替とし
ては効果が発揮されない。

【００１４】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決して、溶融還元炉の操業において撹拌ガス吹込み
ノズルの損耗速度を遅くし、ノズル孔の閉塞処置の必要
性が生じないようにして鉱石の還元速度を良好に維持
し、こうして生産性を上げると共に、製造コストを削減
することにある。そこで、本発明者等は、この発明の技
術的課題として、炉底からスラグ及びメタル浴に吹き込
む浴撹拌用ガスの撹拌能力を従来通り維持しつつ、撹拌
用ノズルの寿命向上を達成する技術を開発することをと
りあげた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記観点
から試験研究を重ねた結果、下記知見を得た。即ち、鉄
鉱石の溶融還元操業において、従来炉底から吹き込んで
いた浴部撹拌用ガスを、炉底部からのメタル浴部への吹
込みに加えて、炉底部に近い側壁からも同様にメタル浴
部にも吹き込むことにより、ノズル１本当たりからの撹
拌用ガスの吹込み量を減らすことにより、ノズル煉瓦の
温度勾配を小さくし、もって熱応力を低減することがで
きる。即ち、攪拌用ガス吹き込み量を、例えば、従来２
００〜５００Ｎｍ³／ｈ本−ノズルで操業していた場合
には、１００〜２５０Ｎｍ³／ｈ本−ノズル程度まで小
さくすることにより、また、ノズル孔径は、後述するよ
うに大きく変化させることは不利なので、溶鉄の差し込
みが鳴く、また、メタル浴から吹き抜けさせることのな
いように、ガス吹込み量に応じて１００〜５００Ｎｍ ³
／ｈ本−ノズル、６〜２５ｍｍφ程度とする。こうし
て、ノズル煉瓦の寿命を延長させることが可能であると
の知見を得た。更に、撹拌用ガスの全量を、炉底近くの
側壁からメタル浴に吹き込むことも可能であり、ノズル
煉瓦の寿命延長に効果を発揮することがわかった。

【００１６】この発明は、上記知見に基づきなされたも
のであり、その要旨は下記の通りである。

【００１７】請求項１記載の金属鉱石の溶融還元製錬方
法は、酸化物系金属鉱石及び／又は水酸化物系金属鉱石
と炭材と造滓材とを装入し、これらの装入物に酸素含有
ガスを供給し、上記炭材を上記酸素含有ガスで燃焼させ
て上記金属鉱石を溶融還元する方法において、当該溶融
還元製錬で生成したメタル浴中に、当該メタル浴の炉底
部近傍の側部から撹拌用ガスを吹き込むことに特徴を有
するものである。

【００１８】請求項２記載の金属鉱石の溶融還元製錬装
置は、酸化物系金属鉱石及び／又は水酸化物系金属鉱石
と炭材と造滓材とを装入し、これらの装入物に酸素含有
ガスを供給し、上記炭材を上記酸素含有ガスで燃焼させ
て金属鉱石を溶融還元するための製錬装置において、上
記溶融還元製錬装置の製錬炉底部近傍の炉側壁に、当該
製錬炉内に形成される溶融物を撹拌するための複数個の
ガス吹込み用ノズルが設けられていることに特徴を有す
るものである。

【００１９】請求項３記載の金属鉱石の溶融還元製錬装
置は、請求項２記載の発明において、製錬炉内の溶融物
を撹拌するためのガスの吹込み用ノズルが、製錬炉の側
壁に設けられた金属溶湯の出湯孔よりも低い位置に設け
られていることに特徴を有するものである。

【００２０】請求項４記載の金属鉱石の溶融還元製錬装
置は、請求項２又は３記載の発明において、製錬炉内の
溶融物を撹拌するためのガスの吹込み用ノズルが、製錬
炉の側壁に設けられた金属溶湯の残湯抜き孔よりも高い
位置に設けられていることに特徴を有するものである。

【００２１】請求項５記載の金属鉱石の溶融還元製錬装
置は、請求項２、３又は４記載の発明に、更に、製錬炉
内の溶融物を撹拌するためのガスの吹込み用ノズルが、
製錬炉の炉底に付加され設けられていることに特徴を有
するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、この発明を、図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明を実施するのに適した
溶融還元装置の概略説明図である。

【００２３】図１に示すように、転炉型の製錬炉１内
に、鉄浴２及びスラグ浴３を形成し、副原料である石炭
等の炭材４及び造滓材５をシュ−ト６から装入する。但
し、製錬開始時には、種湯（２’）として予め溶銑を所
定量製錬炉１に装入しておく。但し、製錬炉１に装入さ
れる鉄鉱石７は、非加熱の生鉱石であっても、加熱のみ
されたものであっても、本発明では支障ない。また、製
錬炉１の形状は、横型の長方形炉でも、横型の長円形炉
でも、あるいは水平円筒型炉でもよい。一方、酸素含有
ガス８を、製錬炉１の上部から内部に鉛直に挿入された
送酸ランス９から炉内に供給する。その際の酸素含有ガ
ス８の供給方法は、送酸ランス９のノズル孔１０から供
給する。酸素含有ガスとしては大量に使用するので工業
用純酸素が望ましい。上記酸素含有ガスの供給に際し
て、酸素含有ガスの吹込み深さはできるだけスラグ浴３
内部に留まるように吹き込むのがよい。こうすることに
より、高二次燃焼率且つ高着熱効率を得ることができる
からである。

【００２４】さて、送酸ランス９先端の位置は、原則と
してスラグ浴面と同一ないしスラグ浴面よりも０〜４０
０ｍｍ程度上に設定する。送酸ランスの先端部には、多
数のノズル孔１０を設けておき、それぞれ所定の角度及
び所定の圧力・流量で酸素含有ガスを噴射する。

【００２５】一方、製錬炉１の底部には、炉底ノズル１
１が複数本設けられ、また、底部近傍の側壁部には、サ
イドノズル１２が複数本設けられており、炉底ノズル及
びサイドノズルのそれぞれから、メタル浴２内部に撹拌
ガス１３を所定条件で吹込み、メタル浴２及びスラグ浴
３を撹拌する。撹拌ガスの吹込み条件は少なくとも炉底
ノズル１１からの吹込みとサイドノズル１２からの吹込
みとでは独立して制御可能にし、各撹拌ガスノズルの配
管系統毎に開閉弁を設け、更に望ましくは、流量調整弁
を設けておく。

【００２６】サイドノズル１２の取付位置は、これの占
有領域を確保できる限りできるだけ炉底部に近い方が望
ましい。その理由は、サイドノズル１２からの撹拌ガス
１３の吹込みによる、メタル浴の混合撹拌、酸化鉄の還
元速度維持、及び２次燃焼熱のスラグ浴からメタル浴へ
の熱伝達に必要なメタル浴の撹拌動力は、できるだけ炉
底部に近い炉側壁から吹き込んだ方が得やすいからであ
る。本発明者等の調査によれば、溶融還元炉の実炉にお
いては、メタル浴深さが０．５〜１．５ｍの範囲内で１
ｍ程度で、スラグ浴深さが１．５ｍ〜３ｍの範囲内で２
ｍ程度で操業が行なわれることが多く、一方このような
条件下で生産規模を大きくするためには本発明者等の試
験結果によれば、メタル浴及びスラグ浴深さはほぼ一定
に保ち、各浴の水平断面積を拡げる方法が望ましいとの
知見を得ている。メタル浴及びスラグ浴深さが上記条件
下の場合についての実炉試験結果によれば、サイドノズ
ルからのガス吹込み効果を炭材及び酸素ガス原単位で評
価すると、その吹込み位置は、炉内底面が実質的に平面
である場合にはその底面から少なくとも高さ１ｍ以内、
望ましくは０．５以内の側壁領域から、そして炉内底面
が下に凸に湾曲している場合には炉側壁下端から高さ少
なくとも０．５ｍ以内、望ましくは０．２ｍ以内の側壁
領域から吹き込むことにより、炉底から吹き込んだ場合
とほぼ同じ効果があることがわかった。勿論、出銑孔レ
ベルと炉底レベルの中間点より炉底側がサイドノズル位
置としては更に望ましく、炉底より０．３ｍ以下の位置
に水平サイドノズルを設けたり、１０〜２０°下向き角
度を有したサイドノズルを設けた方が更に良い結果が得
られた。

【００２７】なお、前記森・佐野教授によるガス撹拌の
撹拌エネルギーの前記理論計算式を参照しても、メタル
浴の撹拌混合力は炉側壁からガス吹き込みをしても、吹
込みガスがノズル先で膨張するレベルが同じであれば、
炉底からのガス吹込み時と同じ効果が発揮されることが
わかる。本発明者等はそのノズル先でのガス膨張の領域
を探針法やモデル実験の結果から炉底より０．１〜０．
３ｍ程度であるとみている。

【００２８】上述した撹拌ガス１３の吹込みノズル位置
を全て炉底近傍の炉側壁に取り付けるサイドノズル１２
にした場合には、そのサイドノズルを補修する場合に、
製錬炉１が傾転動作のできない固定炉方式であっても、
当該サイドノズルのレベル以下の溶湯を保持した状態で
その補修が短時間でできるようになり、即ちいわゆる
「熱間補修」が可能となり、生産効率及び炉修コスト
上、著しい効果が得られる。

【００２９】なお、生産規模の大きな大型溶融還元炉の
設計は、前述したように、浴深さをほぼ一定にするのが
望ましく、従って、炉長及び／又は炉幅の増加により浴
部水平断面積を拡大する。このような大型溶融還元炉で
あって、浴の水平断面積形状の幅又は短径が大きな炉に
あっては、浴深さが大きくならなくてもサイドノズルか
らのガス吹込みだけではその撹拌エネルギーが内部まで
十分に伝わらなくなるので、炉底ノズルからのガス吹込
みを、原則として併用すべきである。但し、炉底ノズル
１本当たりから吹き込むガス流量は少量に抑える。従っ
て、炉底ノズルの損耗は従来よりも大幅に抑制される。
こうすることにより、撹拌ガス吹込みノズル全体の寿命
を延長させることができる。

【００３０】図２〜図５に、この発明の溶融還元製錬装
置の内、炉底ノズルは設けず、サイドノズルのみを設け
た例の局部概略縦断面図を示す。

【００３１】図２〜図４は、固定型炉の場合であり、図
２は、炉底内面が下方に凸に湾曲している場合で、炉側
壁下端Ｐにサイドノズル１２を取り付け、サイドノズル
が単孔の場合である。ノズル孔の軸芯線Ｃ_nzが水平面に
対してθの角度を有し、且つ溶融還元炉の炉軸芯線Ｃ
_furの方向に向いている場合である。この場合θ＝１５
°である。図３は、θ＝２５°であり、撹拌ガス噴出流
が拡がり角αを有する場合に、θ＋α＝δ（但し、δは
炉側壁下端Ｐにおける炉軸芯線方向の法線ｍが水平面と
なす角度）を満たす場合である。そして図４は、θ＝０
°即ち、撹拌ガスが水平方向に噴出する場合である。サ
イドノズル１２の孔の向きが水平面となす角θは、点Ｐ
における上記法線ｍとの和δ（＝θ＋α）が、δ°≦θ
≦（２５＋δ）°を満たす範囲に制限することにより、
炉底の損耗を防止し、また吹込みガスの運動エネルギー
損失を少なくする。同図のように点Ｐよりサイドノズル
１２の先を若干、炉内側に伸ばした形状で設置すれば、
当該ノズル寿命はその分更に延びる。なお、図２及び図
３では、出銑孔の図示を省略したが、サイドノズル１２
は出銑孔よりも低い位置にあり、このサイドノズルより
も更に低い位置の炉側壁には、残銑抜出し孔１５を設け
てある。そして、残銑抜出し孔１５からメタルを排出し
て、メタル浴上面レベルがサイドノズル１２の高さより
も低いレベルで停止、保持する。この状態でサイドノズ
ルを補修する、即ち熱間補修することができる。

【００３２】なお、炉体方式を固定型炉と傾転可能な転
炉型炉とに分け、固定型炉の炉底には、一炉代を終了し
た後に、メタルを全量排出して冷間補修することができ
るようにするため、上記排出孔１６を設けておくが、転
炉型炉では排出孔１６を設ける必要はない。転炉型炉の
場合には、傾転させ、炉腹部に設けられた通常の出湯孔
（図示せず）からメタルを全量排出することができるか
らである。

【００３３】図５は、固定型炉において、サイドノズル
１２が炉側壁下端Ｐよりも高い位置であって、メタル浴
２の上面より低い位置に設けられた場合である。そし
て、出銑孔１４がメタル浴上面レベル変動範囲の最低レ
ベル付近に設けてあり、また、残銑抜出孔１５は、炉側
壁で炉底に近い位置に設けてある。即ち、サイドノズル
１２は、出銑孔１４よりも低く、残銑抜出孔１５よりも
高い位置に設けてある。従って、この場合も図２〜図４
と同様、サイドノズルの熱間補修が可能である。

【００３４】炉底の形状が湾曲でなく、水平の場合に
は、残銑抜き出し孔１５は、炉底とほぼ同一レベルとす
ることができる。この場合、上記排出孔１６を省略する
ことが可能である。このように、炉側壁の炉底近傍のみ
に攪拌ガス吹き込み孔をまとめ、炉中心部分へのガス吹
き込みが微少量ないし無い状態では、炉側壁は攪拌ガス
の上昇流に操業中覆われ、スラグが炉の中心部に集まる
ので、炉壁煉瓦のスラグによる損耗を抑制する効果もあ
る。

【００３５】図６に、この発明の溶融還元製錬装置の
内、炉内溶融物の撹拌用ガスの吹込みノズルとして、サ
イドノズルと炉底ノズルとの両方を設けた例の局部概略
縦断面図を示す。サイドノズル１２の他に炉底ノズル１
７を設けることにより、大型製錬炉の場合、特に径が８
ｍφ以上となるような大きい製錬炉の場合に、浴の攪拌
が炉壁周辺部にかたよることを避けて、炉腹断面全体に
わたって溶融物の撹拌力を確保するのに有利である。

【００３６】以上、図２〜図６のいずれの場合において
も、撹拌用ガス吹込みノズルの取り付け本数は、炉底の
みにこれを設けていた従来よりも多数設けることができ
るので、ノズル１本当たりから吹き込むガス流量を少な
くすることができる。従って、ノズル煉瓦にかかる熱応
力が軽減するので、ノズル煉瓦の損耗が抑制され、ノズ
ル寿命が延びる。サイドノズルからの撹拌用ガス吹込み
のその他の効果として、ガスによる炉壁冷却作用により
炉側壁への熱負荷が軽減し、炉壁の損耗速度が抑制され
る。また、炉底ノズルのみでは、ノズル直下に上昇流が
できる一方で、側壁側に下降流ができるため、深い位置
までスラグが巻き込まれて、側壁はスラグによる溶損が
無視できないのであるが、側壁にサイドノズルがある
と、スラグ巻込みがその上昇流で抑制されて、スラグ性
の損耗も抑制される。なお、撹拌ガス１３としては、鉄
鉱石の製錬反応及び溶製された溶銑の化学成分を損なわ
ないようにするために、不活性ガスとし、Ｎ₂ガスが安
価であり望ましい。

【００３７】

【実施例】次に、この発明を、実施例によって更に説明
する。先ず、図７に、この試験操業で用いた鉄鉱石の溶
融還元プロセス全体の設備フロー概略図を示す。

【００３８】鉄鉱石を予熱予備還元炉３０に装入し、処
理後の水分０wt.%、Ｔ．Ｆｅ６７wt.%、温度７００℃、
そして予備還元率２０wt.%の予備還元鉱石を、シュート
３２から連続的に製錬炉１に装入した。なお、製錬炉１
で発生した排ガスを導管３３を通して予熱予備還元炉３
０に供給し、ここで鉄鉱石の予熱、予備還元処理で発生
した排ガスをホットサイクロン３４によりダストを除去
した後、排ガス顕熱を熱交換器３５で回収した。

【００３９】上記プロセスフローにおいて、製錬炉１の
操業方法は次の通りである。製錬炉１には操炉開始に先
立って種湯として溶銑を装入しておく。製錬炉１には、
上記予熱、予備還元後の鉄鉱石の他に、炭材４として乾
燥済み石炭及び乾燥済み造滓材５を装入した。製錬炉１
は、固定式の垂直円筒形炉及び大容量の固定式の横型長
円形炉を用いた。横型長円形炉は、浴部内容積を拡大し
て大量生産することを目的としたものである。即ち、炉
内浴部の水平断面形状を長円形にし、短径を大きくする
と共に、長径を更に大きくして溶銑生産量を増加させた
ものである。そして、浴部水平断面積の増加に伴い、サ
イドノズルの数を増やすと共に、炉底ノズル１７の数も
増やした。なお、送酸ランス９として多孔ノズルランス
を使用し、垂直円筒型炉では１本、そして、横型長円形
炉では２本使用した。

【００４０】溶融還元炉の浴攪拌用ガス吹込みノズルの
取付け位置を次の通り変化させて試験した。本発明の範
囲に属する実施例として、図２〜図５に示したように、
サイドノズルのみを炉底近傍の側壁に取り付けた場合、
および、図６に示したように、サイドノズルを炉底近傍
の側壁に取付け、更に、炉底ノズルを鉛直上向きに炉底
に取り付けた場合の二種類（実施例１〜１１）、並び
に、本発明の範囲に属さない比較例として、図８に示し
たように、炉底のみに浴攪拌用ガス吹き込みノズルを取
り付けた場合（比較例１〜５）について試験した。そし
て、これら実施例および比較例の試験において、設備お
よび操業要因として、溶融還元炉の大型化およびこれに
応じた原燃料等の供給条件、サイドノズルの設置位置、
ノズル孔径、ノズル孔数およびノズル孔向き、並びに、
攪拌ガス流量を各種条件に変化させて試験した。

【００４１】表１〜表６に、上記試験操業条件を示す。
そして、操業成績の内、炭材原単位、酸素原単位および
炉寿命を併記した。操業成績はいずれも、従来の標準的
操業条件における比較例１の成績を基準としてインデッ
クス１００％とし、これに対する％比率で各試験操業に
おける成績を表記した。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】

【表６】

【００４８】なお、表５中の（※１）は、側壁下端より
上方へ５０ｍｍの位置でも炉周方向に円周の１／２５等
間隔、及び側壁下端より下へ５０ｍｍの位置で、炉周方
向に円周の１／２５等間隔で設け、上方へ５０ｍｍと下
方へ５０ｍｍとのノズルを千鳥状になるように円周方向
に配置することを示す。

【００４９】実施例１〜実施例３は、溶銑生産量が５０
０ｔ／日水準の場合であり、サイドノズルのみを設置し
た場合、並びにサイドノズルおよび炉底ノズルを併用し
て炉底ノズルガス流量（炉底ノズル孔１個当たりからの
流量：Ｎｍ³／ｈ／ノズル（以下同じ）を、従来の標準
条件（比較例１の条件）よりも減らした場合についての
試験である。実施例１は、炉底ノズルなしでサイドノズ
ルのみを設置し、サイドノズルガス流量（サイドノズル
孔１個当たりの流量：Ｎｍ³／ｈ／ノズルを少なめとし
た場合である。サイドノズルを熱間補修した結果、炉寿
命は従来の約５倍に延びた。実施例２は、炉底ノズル数
を減らし、サイドノズルを付加することにより炉底ノズ
ルガス流量を減らし、且つサイドノズル孔方向を水平に
対して２０°下向きにした場合である。炉寿命は従来の
約２倍に延びた。実施例３は、実施例２に対して炉底ノ
ズルガス流量を更に減らした場合である。但し、サイド
ノズル孔の方向は水平とした。炉寿命は実施例２よりも
更に延びた。

【００５０】実施例４〜実施例５は、炉容量を拡大し、
溶銑生産量を２５００ｔ／日水準に増やした場合であ
り、浴容積の増大に対してノズル孔数を増やして攪拌ガ
ス流量を確保すると共に、この際、炉底ノズルガス流量
の増加を抑えた場合である。ノズル孔数の増加方法は、
サイドノズルを上下２段に分けて設け、炉周方向に千鳥
状に取り付けることにより設置スペースを確保した。サ
イドノズルのみを設置した場合（実施例４）、並びにサ
イドノズルおよび炉底ノズルを併用した場合（実施例
５）について試験した。その結果、比較例２の攪拌ガス
ノズルを炉底のみに設ける従来法に比べて、実施例４お
よび実施例５ではいずれも炉寿命が、約４倍に延びた。

【００５１】実施例６、実施例７および比較例３によ
り、主としてサイドノズルの炉底からの設置高さが、操
業成績に及ぼす影響を試験した。溶融還元炉の形状・寸
法緒元が同じ条件下において、サイドノズル設置高さが
メタル浴層内にある場合、即ち、本発明の条件下にある
場合でも、その設置位置が高くなると生産量が低下する
傾向を示し、炭材原単位が増大傾向を示す。この傾向は
サイドノズルの設置位置がメタル浴とスラグ浴との境界
近辺まで高くなった場合にも同じである。これは、サイ
ドノズルの設置位置が高いほど浴攪拌が不十分となり、
熱効率が低下するためである。

【００５２】実施例８〜実施例９は、大型炉による溶銑
生産量２５００ｔ／日水準において、上記実施例４〜実
施例５の場合よりもノズル孔数を更に増やした場合で、
サイドノズルのみを設置し、サイドノズルガス流量を実
施例４〜実施例５の場合よりも減らした試験である。こ
の場合には炉寿命が実施例４〜実施例５に比べて更に２
倍程度に延びた。なお、実施例８では、サイドノズルを
炉の側壁面よりも浴部内へ約５０ｍｍ突き出して取り付
けた。これによる炉寿命の向上効果も認められる。

【００５３】これに対して比較例４は、同じく溶銑生産
量を２５００ｔ／日水準の試験であり、これにおいて、
攪拌ガス吹き込みノズルを炉底に限定すると、ノズル孔
の取付け数はスペース的に制約される。従って、炉底ノ
ズルガス流量はかなり増える。そのために炉寿命は大幅
に低下した。

【００５４】実施例１０〜実施例１１は、サイドノズル
孔方向を水平に対して斜め下方に向けた場合の効果を試
験したものである。サイドノズル孔の方向は所定範囲内
で下向きの方が炉寿命が延びた。

【００５５】比較例５は、比較例４と同様、大型炉によ
る溶銑生産量２５００ｔ／日水準において炉底ノズル孔
数をできるだけ増やした場合である。比較例４に比べて
炉底ノズルガス流量が減るので、炉寿命が延びた。

【００５６】以上詳述した通り、実施例によれば、溶融
還元炉の炉寿命が延び、しかも炉容量を拡大して溶銑生
産能力を増加させた場合には炉寿命は一層延び、また、
炭材原単位および酸素原単位の改善効果が得られること
が明らかとなった。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
金属鉱石の溶融還元炉底部の撹拌用ノズル寿命を向上さ
せることができるので、炉内浴部撹拌の安定化が図ら
れ、溶融還元反応を長期的に安定化させることができ、
生産性の向上及び諸作業用材料原単位の低減がなされ
る。このような金属鉱石の溶融還元製錬方法及び装置を
提供することができ、工業上有用な効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するのに適した溶融還元装置の概
略説明図である。

【図２】本発明の溶融還元製錬装置であり、炉底近傍の
側壁のみに浴撹拌用ガスのノズルを取り付けた（θ＝１
５°）溶融還元炉の一例の局部概略縦断面図である。

【図３】本発明の溶融還元製錬装置であり、炉底近傍の
側壁のみに浴撹拌用ガスのノズルを取り付けた（θ＝２
５°）溶融還元炉の一例の局部概略縦断面図である。

【図４】本発明の溶融還元製錬装置であり、炉底近傍の
側壁のみに浴撹拌用ガスのノズルを取り付けた（θ＝０
°）溶融還元炉の一例の局部概略縦断面図である。

【図５】本発明の溶融還元製錬装置であり、炉底近傍の
側壁のみに浴撹拌用ガスのノズルを取り付けた溶融還元
炉の他の例の局部概略縦断面図である。

【図６】本発明の溶融還元製錬装置であり、炉底近傍の
側壁と炉底との両方に浴撹拌用ガスのノズルを取り付け
た溶融還元炉の一例の局部概略縦断面図である。

【図７】実施例及び比較例の操業試験で使用した設備フ
ロー概略図である。

【図８】従来の溶融還元製錬装置であり、炉底のみに浴
撹拌用ガスの吹込みノズルを取り付けた溶融還元炉の一
例の局部概略縦断面図である。

【符号の説明】

１製錬炉２メタル浴２’ 種湯３スラグ浴４炭材５造滓材６シュート７鉄鉱石８酸素含有ガス８’ 酸素ガス９送酸ランス１０ノズル孔１１炉底ノズル１２サイドノズル１３撹拌用ガス１４出銑孔１５残銑抜出し孔１６排出孔１７炉底１８炉側壁１９耐火物２０水冷パネル２１鉄皮３０予熱予備還元炉３１シュート３２シュート３３導管３４サイクロン３５熱交換器３６気泡３７メタル滴３８メタル

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化物系金属鉱石及び／又は水酸化物系
金属鉱石と炭材と造滓材とを装入し、これらの装入物に
酸素含有ガスを供給し、前記炭材を前記酸素含有ガスで
燃焼させて前記金属鉱石を溶融還元する方法において、前記溶融還元製錬で生成したメタル浴中に、当該メタル
浴の炉底部近傍の側部から撹拌用ガスを吹き込むことを
特徴とする、金属鉱石の溶融還元製錬方法。
【請求項２】酸化物系金属鉱石及び／又は水酸化物系
金属鉱石と炭材と造滓材とを装入し、これらの装入物に
酸素含有ガスを供給し、前記炭材を前記酸素含有ガスで
燃焼させて前記金属鉱石を溶融還元するための製錬装置
において、前記溶融還元製錬装置の製錬炉底部近傍の炉側壁に、当
該製錬炉内に形成される溶融物を撹拌するためのガスの
吹込み用ノズルが設けられていることを特徴とする、金
属鉱石の溶融還元製錬装置。
【請求項３】前記製錬炉内の溶融物を撹拌するための
ガスの吹込み用ノズルは、前記製錬炉の側壁に設けられた出湯孔よりも低い位置に
設けられていることを特徴とする、請求項２記載の金属
鉱石の溶融還元製錬装置。
【請求項４】前記製錬炉内の溶融物を撹拌するための
ガスの吹込み用ノズルは、前記製錬炉の側壁に設けられた残湯抜き孔よりも高い位
置に設けられていることを特徴とする、請求項２又は３
記載の金属鉱石の溶融還元製錬装置。
【請求項５】請求項２、３又は４に記載された発明
に、更に、前記製錬炉内の溶融物を撹拌するためのガス
の吹込み用ノズルが、前記製錬炉の炉底に付加され設け
られていることを特徴とする、金属鉱石の溶融還元製錬
装置。