JP2003171722A - 溶融還元炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、上段レースウェイの温度を従来より
正確に把握して安定操業を可能にする溶融還元炉の操業
方法を提供することを目的としている。 【解決手段】炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素富
化空気を吹き込む上下少なくとも二段に設けられた羽口
を有する溶融還元炉において、粉粒状の金属酸化物含有
原料を少なくとも上段羽口から吹き込み、溶融金属を製
造する溶融還元炉の操業方法において、前記上段羽口前
のレースウェイ温度を、上段羽口への前記原料吹込みを
一時的に停止して非接触式温度計で測定すると共に、そ
の測定値が予め定めた目標値以下になるように、上段羽
口への供給熱量を下段羽口から吹き込む熱風の酸素富化
量を変更して調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融還元炉の操業
方法に係わり、特に、炭素系固体還元剤の充填層に高温
の酸素富化空気を吹き込む上下少なくとも二段に設けら
れた羽口を有する溶融還元炉において、金属酸化物を含
有する粉粒状原料を溶融還元して溶融金属を製造する溶
融還元炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉粒状の金属酸化物含有原料を溶融還元
し、金属を回収する手段として、竪型炉タイプの溶融還
元炉が特公昭５９−１８４５２号公報に開示されてい
る。この溶融還元炉は、炉下部に設置された上下二段の
羽口のうち、少なくとも上段の羽口から粉粒状の金属酸
化物含有原料を高温空気とともに炉内に吹き込み、炉内
に充填した炭素系固体還元剤を燃焼させて溶融還元する
ものである。つまり、上段羽口および下段羽口を有する
竪型炉では、上段羽口と下段羽口との間に充填している
炭素系固体還元剤が燃焼して高温が発生する。したがっ
て、上段羽口から吹きこまれる粉粒状の金属酸化物含有
原料は、加熱されて溶融し、充填層を滴下する間に固体
炭素で直接還元されて溶融状態の金属およびスラグとな
って炉底部に溜まるのである。

【０００３】このような溶融還元炉の操業では、上段羽
口に吹き込まれた粉粒状の金属酸化物含有原料を上段羽
口前の空間部（以下、レースウェイという。〉において
溶融することが不可欠となるため、上段羽口のレースウ
ェイの温度を高温に維持することが必要となる。そのた
め、上段羽口に粉粒状の金属酸化物含有原料と共に吹き
込まれる高温空気の酸素富化率を、下段羽口に吹き込ま
れる高温空気の酸素富化率より高くすることにより、上
段羽口のレースウェイで粉粒状の金属酸化物含有原料の
溶融が可能になる温度を確保する方向で操業が行われて
いる。しかし、上記のように上段羽口での酸素富化率を
増加していった場合、炉頂から装入した炭素系固体還元
剤の降下が停止する現象、いわゆる棚吊が発生するとい
う問題が生じる。棚吊が発生すると、上部から低温の装
入物が供給されないため、炉頂温度が過剰に上昇するこ
とになる。また、棚が落ちた際の衝撃により炉内状況変
化、炉体設備損傷等の影響が出ることも懸念される。さ
らに、装入物が一気に入ってくるために、急激に炉頂温
度が低下するという問題も発生するため、棚吊発生時に
は、上下段の羽口から炉内に吹き込む送風量を低下して
装入物の降下を促進するアクションをとらざるを得なく
なるため、減産につながることになる。

【０００４】このような問題を解消するため、操業の管
理指標を上段レースウェイの温度として、この温度を一
定範囲にして操業することが考えられる。実際に測温方
法について検討を行ったところ、接触式の温度計を用い
て測定することが困難であった。そのため、羽口覗き窓
から放射温度計や二色温度計のような非接触式の温度計
で測定する方法を試みた。ところが、この場合も、炉内
へ吹き込まれる原料が邪魔になり、正確な温度を測定で
きなかった。

【０００５】そこで、本出願人は、先に特願２００１−
０９７６１８号（平成１３年３月２９日提出）にて、レ
ースウェイ温度（以下上段ＴＦＴと称す）を計算により
求め、その上段レースウェイ温度を目標範囲内に管理し
て棚吊を防止する操業方法を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
願２００１−０９７６１８号による提案技術も、棚吊り
を完全に防止するには不十分であった。上段レースウエ
イ温度を計算で求める際には、幾つかの操業条件を一定
と仮定するが、表１に示すように、計算温度が実際の温
度と著しく離れてしまうことがあるからである。

【０００７】

【表１】

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑み、上段レース
ウェイの温度を従来より正確に把握して安定操業を可能
にする溶融還元炉の操業方法を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため測温方法について鋭意研究し、その成果を本
発明に具現化した。

【００１０】すなわち、本発明は、炭素系固体還元剤の
充填層に高温の酸素富化空気を吹き込む上下少なくとも
二段に設けられた羽口を有する溶融還元炉で、粉粒状の
金属酸化物含有原料を少なくとも上段羽口から吹き込
み、溶融金属を製造する溶融還元炉の操業方法におい
て、前記上段羽口前のレースウェイ温度を、上段羽口へ
の前記原料吹込みを一時的に停止して非接触式温度計で
測定すると共に、その測定値が予め定めた目標値以下に
なるように、上段羽口への供給熱量を下段羽口から吹き
込む熱風の酸素富化量を変更して調整することを特徴と
する溶融還元炉の操業方法である。

【００１１】この場合、前記測定を、前記原料吹込み停
止からほぼ５分以内に行ったり、及び／又は前記目標値
を２０００℃とするのが好ましい。

【００１２】本発明では、操業条件を一定に仮定した計
算を行わず、上段羽口前のレースウエイ温度の実測値を
用いるようにしたので、操業管理が行い易くなる。その
結果、装入物の棚吊り頻度が従来より減少し、溶融還元
炉を安定させて操業できるようになった。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
まじえ、本発明の実施の形態を説明する。

【００１４】まず、本発明に係る溶融還元炉の操業方法
を実施する炉は、図２に示すように、上段羽口１ｕ及び
下段羽口１ｓを有する竪型の溶融還元炉１であって、そ
の他に、該溶融還元炉１内で充填層を形成する炭素系固
体還元剤３を投入するためのホッパ２、上下段の羽口１
ｕ，１ｓから炉内に粉粒状の金属酸化物含有原料を吹き
込むための原料吹込装置４、上下段羽口１ｕ、１ｓから
炉内に高温の空気を吹き込むための熱風炉５、熱風炉５
から上下段羽口１ｕ、１ｓに送られる高温空気に酸素を
供給するための酸素供給源６及び出銑口７が備えられて
いる。

【００１５】ここで、本発明者等は、このように二段羽
口１ｕ，１ｓを有する炭剤充填層型溶融還元炉１でのＳ
ｉの移行反応について考察を重ねた結果、以下のことを
知見した。すなわち、溶融還元炉１において、上段羽口
１ｕから炉内に吹き込まれた粉粒状の金属酸化物含有原
料が溶融還元される際の炉内温度が高い場合、溶副還元
炉１の安定操業を阻害する下記（１）式に示す反応が生
じるため、コークスアッシュ中および生成したスラグか
らＳｉＯガスが揮発することになる。

【００１６】 ＳｉＯ₂＋Ｃ→ＳｉＯ+ＣＯ …（１） この場合、炉内温度が高いほどこの反応速度が大きくな
るため、ＳｉＯ₂の蒸発量が大きくなってより多くのＳ
ｉＯガスが発生することになる。上段羽口１ｕで生成し
たＳｉＯガスは炉頂に向かって上昇していくが、途中の
シャフト部において温度の低下に伴い、ＳｉＯ₂として
凝縮することになる。そして、この凝縮量が多くなる
と、これらがコークス間およびコークスと炉壁とを接着
することになり、その結果、炭素系固体還元剤の降下が
妨げられ、棚吊が発生すると考えられる。よって、溶融
還元炉１の安定操業の阻害を抑制するための棚吊の防止
については、上段羽口１ｕでのＳｉＯ₂の蒸発を抑制で
きるように上段羽口１ｕ前のレースウェイ温度を管理す
れば良いと考えられる。そして、具体的には、酸素供給
源６から上段羽口１ｕ側に供給される酸素の量を調整し
て、棚吊の発生しない安定した溶融還元炉の操業を確保
するようにしている。なお、上段羽口１ｕ側に供給する
酸素量を減少させる際には、溶融還元炉の総熱量の低下
に至ることがあり、その場合には、上段羽口１ｕ側で減
少させた酸素を下段羽口１ｓ側の増分酸素として加える
操業を行う。

【００１７】次に、特願２００１−０９７６１８号に記
載した技術に基づき発明者が計算で求めたレースウェイ
温度（以下、上段ＴＦＴという）を管理指標にして操業
し、その間に生じた棚吊り頻度を度数分布として図３に
示す。

【００１８】図３から明らかなように、上段ＴＦＴが２
０００℃を超えた場合に棚吊が頻発している。これによ
り、上段ＴＦＴを２０００℃以下に保つことにより、上
段羽口１ｕでのＳｉＯ₂の蒸発が抑制されて該棚吊の発
生を防止できると考えられる。ところが、上段ＴＦＴを
２０００℃以下に設定してさらに操業を続けると、まだ
棚吊りが起きる日があった。これは、上段ＴＦＴの目標
値を２０００℃に設定したこと、あるいは計算で求めた
上段ＴＦＴが正しく評価できていないことのいずれかに
原因があると考えられた。

【００１９】そこで、発明者は、上段ＴＦＴの計算で
は、前記表１に示したような操業条件の仮定に基づく問
題を抱えていることから、以前には失敗している該上段
ＴＦＴの非接触式温度計による実測を再度検討すること
にした。そして、種々の試みを行った結果、図１に示す
ように、上段羽口から吹き込む金属酸化物含有原料の吹
き込みを一次停止し、その停止からほぼ５分間以内まで
に測温すると、測定に際し外乱のない信頼できる上段Ｔ
ＦＴが得られることがわかった。管理値として使用でき
れば良いので、測定値が正確な温度である必要がないと
考えたのである。

【００２０】引き続き、発明者は、この方法で測定した
上段ＴＦＴを用い、実際に目標温度を２０００℃に設定
して試験操業を行った。その結果、棚吊りの発生が皆無
になったので、これを要件に本発明を完成した。

【００２１】

【実施例】金属酸化物含有原料の処理量が３０トン／日
規模の溶融還元炉を用いた操業を行った。使用した金属
酸化物含有原料は、電気炉工場から発生する電気炉ダス
トであり、鉄、亜鉛等の金属酸化物を含む。上段羽口前
理論燃焼温度を２０００℃以下で操業を継続した際の上
段ＴＦＴの計算値及び棚吊回数の推移を図４（ｂ）及び
図４（ａ）に示す。図４より、この期間では時々柵吊が
発生しており、期間平均の棚吊発生率は０．５回／日で
あることが明らかである。

【００２２】次に、粉体吹き込みを一時的に停止させ
て、上段羽口温度を２色光温度計により測定した。その
温度は、２０３０℃であった。そこで、上段羽口への富
化酸素量を３１０Ｎｍ³／ｈｒから２７０Ｎｍ³／ｈｒま
で低下させて操業した。この変更後、上段羽口温度を２
色光温度計により測定したところ１９５０℃であった
（図５（ｂ）参照）。なお、溶融還元炉トータルでの供
給熱量低下が懸念されるため、下段羽口への富化酸素量
を５０Ｎｍ³／ｈｒから９０Ｎｍ³／ｈｒに増加させた。
この条件下では、図５（ａ）に示すように、１０日間の
操業において一度も棚吊が発生しなかった。また、出銑
状況、炉内圧力も安定しており、操業上の問題は全く発
生しなかった。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、溶融
還元炉の上段羽口前レースウエイの温度を、実測で従来
より正確に把握できるようになる。その結果、操業が棚
吊を恐れることなく円滑に実施できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】上段ＴＦＴを非接触式温度計で実測した結果を
示す図である。

【図２】本発明に係る操業方法を実施する溶融還元炉の
一例を示す図である。

【図３】上段羽口の計算によるレースウェイ温度（ＴＦ
Ｔ）と棚吊発生頻度との関係を示す図である。

【図４】上段羽口の計算によるレースウエイ温度（ＴＦ
Ｔ）を管理基準とした操業結果を示す図であり、（ａ）
は棚吊り回数、（ｂ）はＴＦＴの設定値である。

【図５】本発明の実施結果を示す図であり、（ａ）は棚
吊り回数、（ｂ）はＴＦＴの設定値である。

【符号の説明】

１…溶融還元炉 １ｕ…上段羽口 １ｓ…下段羽口 ２…炭素系固体還元剤の投入用ホッパー ３…炭素系固体還元剤の充填層 ４…原料吹込装置 ５…熱風炉 ６…酸素供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 貴 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 原 義明 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA14 DA01 GB03 HA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素系固体還元剤の充填層に高温の酸素
   富化空気を吹き込む上下少なくとも二段に設けられた羽
   口を有する溶融還元炉で、粉粒状の金属酸化物含有原料
   を少なくとも上段羽口から吹き込み、溶融金属を製造す
   る溶融還元炉の操業方法において、 前記上段羽口前のレースウェイ温度を、上段羽口への前
   記原料吹込みを一時的に停止して非接触式温度計で測定
   すると共に、その測定値が予め定めた目標値以下になる
   ように、上段羽口への供給熱量を下段羽口から吹き込む
   熱風の酸素富化量を変更して調整することを特徴とする
   溶融還元炉の操業方法。
2. 【請求項２】 前記測定を、前記原料吹込み停止からほ
   ぼ５分以内に行うことを特徴とする請求項１記載の溶融
   還元炉の操業方法。
3. 【請求項３】 前記目標値を２０００℃とすることを特
   徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉の操業方法。