JP2009074119A - 溶鉄製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄浴式溶解炉を用いて固体還元鉄を炭材の酸素含有ガスによる燃焼熱で溶解して溶鉄を製造する方法において、炉内でスラグフォーミングを発生させることなく、かつ、前記溶解操作で生成したスラグを、炉を傾動することなく確実に排出することで、低コストで安定性かつ生産性に優れた、酸素含有ガス吹錬下にて高炭素含有溶鉄を製造する方法を提供する。
【解決手段】底吹き攪拌機能を備えた鉄浴式溶解炉１内への炭材Ｃの装入量を調整して、溶鉄層１１上に形成された溶融スラグ層１２の上層部に、該炭材Ｃの一部を懸濁させて炭材懸濁スラグ層１３とし、さらにこの炭材懸濁スラグ層１３の上方に炭材Ｃのみからなる炭材被覆層１４を形成させ、１タップ分の溶鉄および溶融スラグを蓄銑滓した後、タップホール９から該１タップ分の溶鉄および溶融スラグを排出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭材内装酸化鉄塊成化物を回転炉床炉などで加熱還元して得た固体還元鉄を鉄浴式溶解炉で溶解して溶鉄を製造する方法に関する。

＜従来技術１＞
本出願人は、従来の高炉法や溶融還元法に代わる新しい製鉄法として、回転炉床炉と鉄浴式溶解炉を組み合わせた溶鉄製造プロセスにおいて、酸化鉄源と炭素質還元剤を含む炭材内装塊成化物を回転炉床炉で加熱還元して固体還元鉄とした後、この固体還元鉄を鉄浴式溶解炉にて、燃料として供給される炭材を酸素で燃焼させることで、前記固体還元鉄を溶解して鉄溶湯を得る溶鉄の製造方法を提案した（特許文献１、２参照）。

しかしながら、本発明者らのその後の検討により、前記鉄浴式溶解炉内では、酸化鉄源中の脈石分と炭素質還元剤および炭材の灰分に由来する溶融スラグ（以下、単に「スラグ」ということあり。）が多量に生成するため、この多量のスラグを炉内でいったん異常にフォーミングさせてしまうと、もはや沈静化させることは困難であり、このスラグフォーミングに起因して、炉外へスラグや地金が噴出して歩留ロスや操業の中断が生じたり、排ガス系統に持ち込まれたスラグや地金が該排ガス系統を閉塞するだけでなく、スラグ排出の際に、フォーミングにより軽量化したスラグの熱容量が小さいため該スラグが冷却され固化してタップホールが詰まる問題が生じることが判明した。

＜従来技術２＞
上吹き転炉型反応炉で、酸素ガスを用いた炭材が燃焼した時に発生する熱によりスクラップを溶解する方法において、スクラップを溶解精錬後、炉を傾動させてスラグを全量、または少なくとも５０％以上残留させた状態で、生成した溶鉄を全量出銑し、次チャージとして溶鉄を炉内に装入する方法が開示されている（特許文献３参照）。

しかしながら、この方法は、チャージごとに炉を傾動させる必要があるため、傾動の際における溶鉄や炭材の流出に加え、放熱ロスが大きくなるとともに、溶鉄の生産性が低くなる問題がある。

＜従来技術３＞
筒型炉を用いてスクラップまたは／および鉄鉱石から連続的に溶銑を製造する方法において、溶解中は低塩基度の低流動性スラグを造滓することで、出銑時には排出口から溶銑だけが排出され、低流動性スラグは炉内に残留し、この出銑操作を繰り返し、炉内蓄積スラグ量が限度値に達すると、スラグの塩基度または／および温度を上げてスラグの流動性を高めて排滓を行う方法が開示されている（特許文献４参照）。

炉体の傾動を行わず、また、排滓口を別途設けることなく銑滓分離が行われ、連続操業の安定化、鉄歩留の向上が得られるとされているが、スラグを炉内に多量に長時間残留させるため、厚みの大きいスラグ層中を酸素ジェット流が通過する際にスラグが酸化されて過酸化スラグが生成し、異常フォーミングや突沸が起こりやすくなり、吹錬の中断を余儀なくされ、安定した溶解操作が継続できない可能性が高い。特に、還元鉄は見掛け密度が小さいため、厚みの大きいスラグ層中に留まりやすく、溶解時に発生するＣＯガス気泡で突沸を助長する。また、溶解時と出滓時とでスラグの塩基度や温度を変化させることは、制御が非常に複雑になる。さらに、大量のスラグが存在すると、炭材が湯面に届きにくくなり、炭材の浸炭を阻害するため、溶銑製造が困難となる。

＜従来技術４＞
高炉および高炉タイプの溶融炉の炉底に、インダクションコイルを巻いて発熱させ、炉底や出銑口やスラグ排出口の温度を上昇させて溶銑およびスラグの排出を向上させる方法が開示されている（特許文献５参照）。

しかしながら、スラグの温度を高めるのに、高価な誘導加熱装置を別途必要とするため、設備コストが高くなるとともに、メンテナンスの手間が増える問題もある。
特開２００４−１７６１７０号公報 特開２００６−２５７５４５号公報 特開平８−２０９２１８号公報 特開平５−２３９５２１号公報 特開２００１−２４１８５９号公報

そこで、本発明は、鉄浴式溶解炉を用いて固体還元鉄を炭材の酸素含有ガスによる燃焼熱で溶解して溶鉄を製造する方法において、炉内でスラグの異常なフォーミングを発生させることなく、かつ、前記溶解操作で生成したスラグを、炉を傾動することなく確実に排出しうる、低コストで安定性かつ生産性に優れた、酸素含有ガス吹錬下にて高炭素含有溶鉄を製造する方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、炉口に排ガスダクトと原料装入シュートと上吹きランスを、炉底に底吹き羽口を、炉側の下部にタップホールを備えた鉄浴式溶解炉を用い、前記鉄浴式溶解炉内の溶鉄層中に前記底吹き羽口から不活性ガスを吹き込んで該溶鉄層を攪拌しつつ、該鉄浴式溶解炉の上方から前記原料装入シュートを介して、炭材内装酸化鉄塊成化物を加熱還元して得られた固体還元鉄を炭材および造滓材とともに装入し、前記上吹きランスから酸素含有ガスを上吹きすることにより、前記炭材および／または溶鉄中の炭素を燃焼させた燃焼熱で、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄を製造する溶鉄製造方法において、前記炭材の装入量を調整して、前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層の上層部に、該炭材の一部を懸濁させて炭材懸濁スラグ層とし、さらにこの炭材懸濁スラグ層の上方に前記炭材のみからなる炭材被覆層を形成させ、１タップ分の溶鉄および溶融スラグを蓄銑滓した後、前記タップホールから該１タップ分の溶鉄および溶融スラグを排出することを特徴とする溶鉄製造方法である。

請求項２に記載の発明は、溶鉄の排出開始時において、前記炭材懸濁スラグ層中の炭材と前記炭材被覆層の炭材の合計量を、前記溶融スラグ層中の溶融スラグ１０００ｋｇ当り１００〜１０００ｋｇとする請求項１に記載の溶鉄製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記１タップ分の溶融スラグの排出の終了を、前記タップホールから溶融スラグに混じって炭材が排出され始めたことにより検知する請求項１または２に記載の溶鉄製造方法である。

請求項４に記載の発明は、前記鉄浴式溶解炉の炉口と前記排ガスダクトの接続は、該排ガスダクトの下端部に昇降可能に設けたスカートで、前記炉口と密着させることなく該炉口の上方を覆うことにより行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法である。

請求項５に記載の発明は、前記鉄浴式溶解炉の補修は、その炉上部に出湯口を設けておき、該鉄浴式溶解炉を傾動して、前記出湯口から残銑を、前記炉口から残滓を排出した後に行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法である。

請求項６に記載の発明は、前記鉄浴式溶解炉の補修は、その炉側最下部にエンドタップホールを設けておき、該鉄浴式溶解炉を傾動することなく、または、２０°以内の角度だけ傾動して、前記エンドタップホールから残銑滓を排出した後に行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法である。

本発明によれば、炉底に底吹き羽口を、炉側の下部にタップホールを備えた竪型反応炉を用い、底吹きガス攪拌を利用しつつ、炭材装入量を調整して、スラグ層の上層部に炭材懸濁スラグ層を形成したことで、炭材懸濁スラグ層中のスラグの（ＦｅＯ）濃度が低下して、フォーミングの原因となるＣＯ気泡の生成速度が低下するとともに、スラグに懸濁した炭材の存在によりスラグ層から該ＣＯ気泡が抜けやすくなり、フォーミングが起こりにくくなるとともに、炭材懸濁スラグ層の上方に炭材被覆層を形成したことで、スラグ層が保温されるので、出滓時にタップホール内でスラグが冷えて固まることが防止され、炉を傾動することなく、円滑で迅速な出滓作業が行えるようになった。この結果、低コストで安定性かつ生産性に優れた、酸素含有ガス吹錬下にて高炭素含有溶鉄を製造する方法が実現できるようになった。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔鉄浴式溶解炉の構成〕
図１に、本発明の一実施形態に係る鉄浴式溶解炉の概略構成を示す。本実施形態に係る鉄浴式溶解炉１は、竪型反応炉であり、その炉口２には排ガスダクト３が接続され、炉口２から原料装入シュート４と上吹きランス５が炉内に挿入されており、炉底６には複数の底吹き羽口７が設けられ、炉側８の下部にはタップホール９が設けられている。

鉄浴式溶解炉（以下、単に「炉」ということもある。）１の炉口２と排ガスダクト３の接続は、該排ガスダクト３の下端部に昇降可能に設けたスカート１０で、前記炉口２と密着させることなく該炉口２の上方を覆うことにより行うのが推奨される。これにより、炉内圧が変動したときは、スカート１０を昇降させて炉口２との隙間を調整することで、該隙間から炉内ガスの一部を大気中へ排出し、または、大気を吸引することにより炉内圧の変動を抑制することができるので、炉内圧変動を原因とするスラグフォーミングの発生をより確実に防止することができる。なお、後述するように、排ガスを燃料ガスとして有効利用する場合には、大気を吸引すると排ガスのカロリが低下することが懸念されるが、大気の吸引により炉内圧が直ぐに安定化して排ガス中への空気のまき込み量が自動的に減少するように制御されるので、排ガスのカロリの低下は実質的に問題とならず、高カロリの排ガスを安定して回収することができる。

また、上記昇降可能なスカート１０を用いた接続方式を採用することで、万が一、スラグが異常にフォーミングして炉口２から溢れ出るようなことがあっても、スカート１０と炉口２の隙間から炉外に漏れるだけですむので、排ガス系統の閉塞や損傷などより深刻な設備ダメージを回避することができる効果も得られる。

なお、排ガスダクトには、例えば図示しない廃熱ボイラを設置して高温排ガスの顕熱を回収し、顕熱回収後の排ガスは高濃度にＣＯガスを含有するので除塵後に燃料ガスとして有効利用するのが好ましい。

以下、この鉄浴式溶解炉１を用いて、固体還元鉄Ｂを溶解して溶鉄とスラグを生成する溶解工程と、溶解工程で生成した溶鉄とスラグを炉から排出する出銑滓工程と、炉の補修を行う際の補修工程に分けて順次説明を行う。

〔溶解工程〕
鉄浴式溶解炉１内の溶鉄層１１中に複数の底吹き羽口７から不活性ガスとして例えば窒素ガスＡを吹き込んで溶鉄層１１を攪拌しつつ、鉄浴式溶解炉１の上方から原料装入シュート４を介して、炭材内装酸化鉄塊成化物を例えば図示しない回転炉床炉で加熱還元して得られた固体還元鉄Ｂを、炭材として例えば石炭Ｃと、造滓材として例えば生石灰、軽焼ドロマイト等Ｄとともに、例えば重力を利用した落とし込み方式により装入し、上吹きランス５から酸素含有ガスとして例えば酸素ガスＥを上吹きすることにより、炭材Ｃを燃焼させた燃焼熱で、固体還元鉄Ｂを溶解して溶鉄１１を製造するようになっている。また、鉄源として、スクラップ、銑鉄、ミルスケール、ガス還元の還元鉄を併せて使用してもよい。固体還元鉄Ｂや他の鉄源を、例えばスクラップシュートなどを用いて前装入したり、吹錬途中に追加装入したりすることもできる。

底吹き用の窒素ガスＡの流量は、溶鉄層１１を十分に攪拌して固体還元鉄Ｂの溶解速度を確保するため、０．０２〜０．２０Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ−溶鉄層）の範囲で調整するとよい。

固体還元鉄Ｂは、上記図示しない回転炉床炉と鉄浴式溶解炉１との設置場所の遠近等に応じて、上記回転炉床炉で製造した高温のものを実質的に冷却することなく、熱いまま鉄浴式溶解炉１に装入してもよいし、上記図示しない回転炉床炉で製造した後、常温まで冷却したものを鉄浴式溶解炉１に装入してもよい。また、固体還元鉄Ｂの金属化率は、鉄浴式溶解炉１の炭材消費量を低減する観点から、少なくとも６０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくはスクラップの溶解熱量に近い９０％以上に高めたものを使用するのが望ましい。なお、本発明によれば、固体還元鉄Ｂの金属化率が低く、溶解時におけるＣＯガスの発生量が多くても、スラグの膨れを抑えて吹錬できるため、問題なく使用できる。

そして、炭材Ｃの装入量を調整して、図２の模式図に示すように、溶鉄層１１上に形成された溶融スラグ層１２の上層部に、炭材Ｃの一部を懸濁させて炭材懸濁スラグ層１３とし、さらにこの炭材懸濁スラグ層１３の上方に炭材Ｃのみからなる炭材被覆層１４を形成させる。

スラグ層１２の上層部に炭材懸濁スラグ層１３を形成したことで、炭材懸濁スラグ層１３中のスラグの（ＦｅＯ）濃度が低下して、フォーミングの原因となるＣＯ気泡の生成速度が低下するとともに、スラグ中に存在する炭材によりスラグ層１２から該ＣＯ気泡が抜けやすくなり、フォーミングが起こりにくくなる。

さらに、炭材懸濁スラグ層１３の上方に炭材被覆層１４を形成したことで、スラグ層１２が保温されるので、出滓時にタップホール９内でスラグが冷えて固まることが防止され、炉を傾動することなく、炭材を流出させずに、円滑で迅速な出滓作業が行えるようになり、安定性かつ生産性に優れた溶鉄製造方法が実現できる。

上記の作用効果をより確実に奏させるために、溶鉄の排出（出銑）開始時において、炭材懸濁スラグ層１３中の炭材と炭材被覆層１４の炭材の合計量（すなわち、炉内残留炭材量）を、溶融スラグ層１２中のスラグ１０００ｋｇあたり１００〜１０００ｋｇとするのが好ましい。１００ｋｇ未満では、炭材懸濁スラグ層１３中の炭材量が少なくなるとともに、炭材被覆層１４の厚みが薄くなるため、上記フォーミング防止効果および出滓作業の円滑・迅速化の効果が小さくなり、一方、１０００ｋｇを超えると、炭材被覆層１４の炭材がスラグを巻き込んだり、加熱により一体化してスラグ層１２の攪拌が不十分になったりしやすく、固体還元鉄Ｂの溶鉄層１１中への溶解速度が低下するからである。上記炭材の合計量は、溶融スラグ層１２中のスラグ１０００ｋｇ当り、より好ましくは１５０〜５００ｋｇ、特に好ましくは２００〜３００ｋｇである。

ここに、炉内残留炭材量は、例えば、炉内へ装入された炭材量から、固体還元鉄中の未還元酸化鉄の還元に使用された炭材量と、生成した溶鉄への浸炭に使用された炭材量と、上吹き酸素ガスにより燃焼した炭材量と、排ガス中へダストとして飛散した炭材量との合計量を差し引くことで算出できる。また、溶融スラグ層１２中のスラグ量は、例えば、炉内へ装入された、固体還元鉄中の脈石量と、炭材中の灰分量と、造滓材量から生成スラグ量を算出し、この生成スラグ量から、出滓されたスラグ量を差し引くことで算出できる。

なお、鉄浴式溶解炉１に装入する炭材Ｃの粒度は、小さすぎると排ガス中に飛散しやすくなる一方、大きすぎるとスラグ層１２の（ＦｅＯ）濃度が十分に低下せず、また溶鉄層１１中への浸炭速度が低下するため、平均粒径で２〜２０ｍｍ、さらには３〜１５ｍｍの範囲とするのが好ましい。

なお、スラグ層１２の流動性を確保するとともに溶鉄からの脱硫を促進するため、スラグ層１２の塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ_２（質量比）は０．８〜２．０、さらには１．０〜１．６の範囲で調整するのが好ましい（後記実施例、図３参照）。

また、二次燃焼率は、上吹き酸素ガスＤの流量および／または上吹きランス５の高さを調節することで、推奨値（４０％以下、より好ましくは１０〜３５％、さらに好ましくは１５〜３０％）に制御することができ、これにより、鉄浴式溶解炉１の耐火物への熱負荷を過大とすることなく、炭材消費量を低減することができる。

なお、上吹き酸素ガスＤを上方から吹き付けることにより、スラグ層１２が攪拌作用を受け、底吹き窒素ガスＡによる溶鉄層１１の攪拌作用とあいまって、溶鉄層１１とスラグ層１２の界面で、固体還元鉄Ｂの溶鉄層１１中への溶解および炭材Ｃの溶鉄層１１中への浸炭が促進されることとなる。ここで、炭材懸濁スラグ層１３を有しない、従来の鉄浴式溶解炉による溶鉄製造方法では、酸素吹錬により溶鉄の脱炭が溶鉄への浸炭より優先されるため、高炭素溶鉄の製造は困難であるが、本発明では、炭材懸濁スラグ層１３の存在により浸炭が促進されるため、高炭素溶鉄の製造が可能になる。溶鉄中の［Ｃ］含有量は３質量％以上、さらには３．５〜４．５質量％とするのが好ましい。これにともない、スラグ層１２中のＴ．Ｆｅ含有量が１０質量％程度以下、より好ましくは５質量％程度以下、さらに好ましくは５質量％程度以下に低下し、溶鉄層１１からの脱硫が促進されるとともに、溶融ＦｅＯによる炉内張り耐火物の溶損も抑えられるので好ましい。

〔出銑滓工程〕
上記のようにして一定時間溶解操作を継続し、１タップ分の蓄銑滓を行った後、出銑滓を行う。出銑滓は、高炉での出銑滓作業と同じく、炉を傾動することなく直立させたまま、タップホール９をドリルで開孔し、先ず溶鉄を、その浴面がタップホール９のレベルになるまで排出した後、引き続きスラグの排出を行う。このようにして、先に熱容量の大きい溶鉄を排出することで、タップホール９が温められるので、その後にスラグを引き続いて排出してもスラグが冷却されにくい。なお、スラグの固化をより確実に防止するため、出湯温度は、１４５０℃以上、さらには１５００℃以上とするのが好ましい（後記実施例、図４参照）。

さらに、スラグは、炉内で炭材懸濁スラグ層１３の存在によりフォーミングが防止されてその密度が高く維持されているので、出滓中、スラグの熱容量が高く維持されるとともに、スラグは、炉内で炭材被覆層１４の存在により保温されているので、出滓中、酸素ガスの上吹きを継続することも可能であるが、たとえ中断ないし減少させても、スラグが冷却され固化することが確実に防止される。

そして、スラグの排出は、タップホール９からスラグに混じって炭材が排出され始めたこと、すなわち、炭材懸濁スラグ層１３が排出され始めたことをもって終了とし、タップホール９をマッドで閉塞すればよい。

これにより、炉内には、炭材懸濁スラグ層１３と炭材被覆層１４が残存することとなるので、次の溶解操作時においても、スラグのフォーミングを防止し、保温する効果が確実に維持される。

このようにして、溶解工程と出銑滓工程とを繰り返すことで、スラグフォーミングを防止しつつ、円滑で迅速な出滓作業が行える。また、炉を傾動することなく直立させたまま出銑滓作業を行えるので、出銑滓作業中においても、吹練（溶解操作）を継続することが可能となり、溶鉄の生産性を高くできる。

〔補修工程〕
本発明では、底吹き羽口７を用いることにより、該羽口７の溶損や詰まり、該羽口７周りの炉底耐火物の損耗等が発生するため、定期的な点検・補修作業を必要とする。このため、従来の転炉と同様、鉄浴式溶解炉１の炉上部に図示しない出湯口を設けておき、例えば数日間に１回、該鉄浴式溶解炉１を傾動して、前記出湯口から残銑を、炉口２から残滓を排出し、炉を空にしてから点検・補修作業を行うようにすればよい。

点検・補修作業終了後の再立ち上げは、例えば、本作業前に炉から排出した残銑を別の取鍋などで保温しておき、これを種湯として再度炉に装入して用いればよい。なお、残銑滓の排出時に炉内壁耐火物表面にスラグや地金が付着するが、その付着層表面には炭材懸濁スラグ層１３および炭材被覆層１４中の炭材が被覆するので、点検・補修中、炉を保温しておくためにバーナで加熱しても、スラグや地金の酸化が防止され、再立ち上げの種湯装入時における突沸や、次回の吹練時におけるスラグフォーミングを防止することができる。

（変形例）
上記実施形態では、鉄浴式溶解炉１の補修時における残銑滓の排出は、炉傾動により炉口２等から行う例を示したが、炉側８最下部に図示しないエンドタップホールを設けておき、該鉄浴式溶解炉を全く傾動することなく、または、アーク電気炉などで行われているように、２０°以内の角度だけ傾動して、該エンドタップホールから行うようにしてもよい。これにより、炉傾動に要する炉の設置スペースが節約できることに加えて、炉傾動のための時間も短縮できる。

また、タップホール９は１箇所だけ設けた例を示したが、炉耐火物の溶損に伴って、炉内底面のレベルが低下していくので、炉の高さ方向に複数箇所設けておくのが好ましい。また、タップホール９は、炉の水平円周方向に複数箇所、例えば１８０°の方向、９０°の方向、１２０°の方向に設けてもよい。

また、固体還元鉄Ｂは、回転炉床炉で製造されたものを例示したが、直線炉やロータリキルンで製造されたものを用いてもよい。

また、炭材Ｃとして、石炭を例示したが、コークス、オイルコークス、木炭、木材チップ、廃プラスチック、古タイヤ等や、回転炉床炉で使用した床敷炭材（チャー化したものを含む）も使用することもでき、これらの２種以上を併用してもよい。

また、炭材Ｃおよび造滓材Ｄの炉への装入は、重力による落とし込み方式を例示したが、例えばこれらを微粉砕してスラグ層中へ直接吹き込むことも可能である。ただし微粉砕と吹き込みのための設備を別途必要するため、設備コストおよび操業コストが上昇する問題がある。

また、上吹きランス５は１本のみ設置する例を示したが、炉の規模や形状等に応じて複数本設置することも可能である。

また、酸素含有ガスＥとして酸素ガスを例示したが、酸素富化空気を用いることもできる。

また、底吹き用の不活性ガスＡとして、窒素ガスを例示したが、Ａｒガス、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、または、これらの混合ガスを用いることもできる。

本発明の効果を確証するため、耐火物内径２ｍ、炉内有効高さ２．６ｍの竪型反応炉を用いて固体還元鉄を溶解する試験を実施した。

固体還元鉄としては、製鉄所ダストを酸化鉄原料とする炭材内装酸化鉄ペレットを回転炉床炉で加熱還元して製造した、表１に示す成分組成の固体還元鉄を常温で用い、炭材としては表２に示す成分組成の石炭を、造滓材としては、生石灰およびドロマイトを用いた。また、底吹き用の不活性ガスとしては窒素ガスを用い、上吹き用の酸素含有ガスとしては酸素ガスを用いた。

そして、比較例の期間では、炉への炭材装入量を、固体還元鉄の溶解に必要十分な量として、炉内に炭材懸濁スラグ層および炭材被覆層を形成することなく、スラグ塩基度と出湯温度の調整だけで溶解および出銑滓の制御を行った。

これに対し、発明例の期間では、立ち上げ時（再立ち上げ時を含む）に、種湯装入後、所定量の炭材を装入してから、原料（固体還元鉄、造滓材、炭材）の装入と吹練を開始し、炉内に炭材懸濁スラグ層および炭材被覆層を形成して溶解および出銑滓の制御を行った。なお、溶解時においては、比較例、発明例とも、二次燃焼率は２０〜３０％に制御した。

この結果、比較例の期間では、吹錬開始後１０〜１５分以内にスラグフォーミングに起因する排ガス系統の閉塞等のトラブルが発生して操業停止を余儀なくされたのに対し、発明例の期間では、８時間の連続操業中においてもまったくスラグフォーミングによるトラブルが発生することなく、安定して操業を継続することができた。

また、図３および４に示すように、比較例の期間では、スラグ排出係数（＝スラグ生成量に対するスラグ排出量の質量比）は、スラグ塩基度および出湯温度を調整しても、最高１．１程度と低い値に留まっているのに対し、発明例の期間では、スラグ排出係数は、スラグの塩基度および出湯温度を適切に調整することで、１．７〜１．８といった高い値が得られることがわかった。

実施形態に係る鉄浴式溶解炉の概略構成を示す縦断面図である。 スラグ層近傍における炭材の分布状況を模式的に示す縦断面図である。 スラグの塩基度とスラグ排出係数との関係を示すグラフ図である。 出湯温度とスラグ排出係数との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１…鉄浴式溶解炉
２…炉口
３…排ガスダクト
４…原料装入シュート
５…上吹きランス
６…炉底
７…底吹き羽口
８…炉側
９…タップホール
１０…スカート
１１…溶鉄層
１２…溶融スラグ層
１３…炭材懸濁スラグ層
１４…炭材被覆層
Ａ…不活性ガス（窒素ガス）
Ｂ…固体還元鉄
Ｃ…炭材（石炭）
Ｄ…造滓材
Ｅ…酸素含有ガス（酸素ガス）

Claims (6)

1. 炉口に排ガスダクトと原料装入シュートと上吹きランスを、炉底に底吹き羽口を、炉側の下部にタップホールを備えた鉄浴式溶解炉を用い、
   前記鉄浴式溶解炉内の溶鉄層中に前記底吹き羽口から不活性ガスを吹き込んで該溶鉄層を攪拌しつつ、該鉄浴式溶解炉の上方から前記原料装入シュートを介して、炭材内装酸化鉄塊成化物を加熱還元して得られた固体還元鉄を炭材および造滓材とともに装入し、前記上吹きランスから酸素含有ガスを上吹きすることにより、前記炭材および／または溶鉄中の炭素を燃焼させた燃焼熱で、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄を製造する溶鉄製造方法において、
   前記炭材の装入量を調整して、前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層の上層部に、該炭材の一部を懸濁させて炭材懸濁スラグ層とし、さらにこの炭材懸濁スラグ層の上方に前記炭材のみからなる炭材被覆層を形成させ、
   １タップ分の溶鉄および溶融スラグを蓄銑滓した後、前記タップホールから該１タップ分の溶鉄および溶融スラグを排出することを特徴とする溶鉄製造方法。
2. 溶鉄の排出開始時において、前記炭材懸濁スラグ層中の炭材と前記炭材被覆層の炭材の合計量を、前記溶融スラグ層中の溶融スラグ１０００ｋｇ当り１００〜１０００ｋｇとする請求項１に記載の溶鉄製造方法。
3. 前記１タップ分の溶融スラグの排出の終了を、前記タップホールから溶融スラグに混じって炭材が排出され始めたことにより検知する請求項１または２に記載の溶鉄製造方法。
4. 前記鉄浴式溶解炉の炉口と前記排ガスダクトの接続は、該排ガスダクトの下端部に昇降可能に設けたスカートで、前記炉口と密着させることなく該炉口の上方を覆うことにより行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法。
5. 前記鉄浴式溶解炉の補修は、その炉上部に出湯口を設けておき、該鉄浴式溶解炉を傾動して、前記出湯口から残銑を、前記炉口から残滓を排出した後に行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法。
6. 前記鉄浴式溶解炉の補修は、その炉側最下部にエンドタップホールを設けておき、該鉄浴式溶解炉を傾動することなく、または、２０°以内の角度だけ傾動して、前記エンドタップホールから残銑滓を排出した後に行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法。

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