JP2010090453A - 竪型溶解炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】竪型溶解炉内において、炉壁付着物の生成を抑制するとともに、付着物の成長を抑制して、炉況を安定化し、棚吊りの発生を抑制する。
【解決手段】高炉用コークスを配合した固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、（ｉ-1）温度計を、羽口と羽口の間の上部炉壁内に、炉高方向に１個以上、高さを揃えて炉周方向に埋設して、炉周方向の炉壁温度を測定し、必要に応じ、（ｉ-2）温度計を、炉頂部に配設して、炉頂温度を測定し、（ii-1）測定した炉壁温度に基づいて、炉壁付着物の生成・成長を判定し、（ii-2）判定結果に基づいて、操業条件を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄廃棄物等の鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法に関する。

鉄鉱石を鉄源として銑鉄の製造する高炉法では、炉頂から装入した鉄鉱石が炉内を降下する間に、鉄鉱石中の酸化鉄を、羽口から吹き込む熱風中の酸素とコークスとの反応で生成する高温還元ガス（ＣＯ）で還元する。

高炉法では、約６０％以上の間接還元率を確保するため、送風温度を１０００℃以上とし、かつ、送風速度を高めて、炉内の羽口前にレースウエイを形成し、この領域でのガス利用率：η_CO（＝ＣＯ₂／（ＣＯ＋ＣＯ₂））が０となるように、還元ガス（ＣＯ）を生成する。

一方、キュポラ法では、高炉に比べて内容積が小さい竪型溶解炉で、鉄鉱石に比べて金属化率の高い、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等を主体とする鉄源を溶解して、銑鉄を製造する。竪型溶解炉では、還元を必要としない金属化率の高い鉄源を使用するので、炉内において、鉄源を十分に溶融し得る熱量を確保する必要がある。

竪型溶解炉の操業において、高炉法のように、羽口前にレースウエイを形成すると、送風中の酸素（Ｏ₂）とコークス（Ｃ）の燃焼反応（Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂）で発熱した後、ＣＯ₂ガスとコークス（Ｃ）のソルーションロス反応（ＣＯ₂＋Ｃ→２ＣＯ）による吸熱で、炉内熱量が低下し、鉄源を十分に溶解することが困難となる。

それ故、竪型溶解炉で金属化率の高い鉄源を溶融する場合、羽口から、酸素富化した冷風や、６００℃以下の熱風を、羽口前にレースウェイを形成しないような、低い送風速度で、炉内に吹き込み、さらに、炉内熱量の低下を抑制するため、鋳物用コークスを固体燃料として使用する。

鋳物用コークスは、高炉用コークスに比べて粒径が大きく、かつ、反応性が低いので、ソルーションロス反応（吸熱反応）を起こし難い。また、鋳物用コークスは、強度が高く、灰分が少ないので、炉内での粉化量、及び、スラグの発生量が少なく、炉内通気性の維持に貢献する。

ところで、近年、鉄源として、酸化鉄を多く含有し、銑鉄屑に比べ金属化率が低い製鉄ダストを、多量に使用する傾向にあり、竪型溶解炉には、鉄源を溶解する溶解機能に加え、鉄源中の酸化鉄を還元する還元機能が求められる。

このような背景の下で、鉄源として、焼結プロセス鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の還元を必要としない鉄源（金属化率の高い鉄源）の他に、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊（炭材含有率の高い塊成鉱）などの鉄源（金属化率が低く、還元が必要な鉄源）を用いる竪型溶解炉の操業方法が、いくつか提案されている（特許文献１〜３、参照）。

しかし、鉄源の性状が多様化すると、鉄源の溶解及び／又は還元が均等に進行し難く、炉壁に付着物が生成して成長し、その結果、棚吊りの発生頻度が増大する。

金属化率が高い鉄源のみを使用する場合でも、銑鉄屑や、重量スクラップに、シュレッダー屑等の薄片スクラップを多量に混合して、鉄源として使用すると、炉内における鉄源の溶解位置が不均一になり、炉壁に付着物が生成して成長し、棚吊りを発生する頻度が増加する。

特表平０１−５０１４０１号公報 特開平１０−０３６９０６号公報 特開平０９−２０３５８４号公報

前述したように、鉄源の性状が多様化すると、炉内において、鉄源の溶解及び／又は還元が均等に進行し難く、炉況が安定しない。鉄源の溶解及び／又は還元が均等に進行しないと、炉内の温度分布が不均一となり、溶解した鉄源が炉壁に接触して凝固し付着物となる。

炉壁に生成した付着物は、付着物近傍の炉内温度が上昇したとき、溶解して消滅する場合もあるが、多くの場合、炉壁に生成した付着物は成長し、炉内装入物の降下を妨げて、棚吊りの原因となる。また、付着物の成長は、炉内の温度分布をさらに不均一にし、炉況がより不安定化する一因ともなる。

本発明者らは、竪型溶解炉の操業方法において、以上の現象が発現することを、実操業において確認した。

そこで、本発明は、炉内において、炉壁付着物の生成を抑制するとともに、付着物の成長を抑制して、炉況を安定化し、棚吊りの発生を抑制することを課題とし、該課題を解決する竪型溶解炉の操業方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため、竪型溶解炉の操業において、炉壁付着物の生成及び成長の態様について、鋭意調査した。その結果、（ｘ）付着物は、羽口より上部の炉壁に生成すること、及び、（ｙ）付着物が生成した部分の炉壁温度は、付着物の成長に伴い低下すること、が判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）高炉用コークスを配合した固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、
（ｉ-1）温度計を、羽口より上部の炉壁内に、炉高方向に１個以上、高さを揃えて炉周方向に埋設して、炉周方向の炉壁温度を測定し、
（ii-1）測定した炉壁温度に基づいて、炉壁付着物の生成・成長を判定し、
（ii-2）判定結果に基づいて、操業条件を変更する
ことを特徴とする竪型溶解炉の操業方法。

（２）高炉用コークスを配合した固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、
（ｉ-1）温度計を、羽口より上部の炉壁内に、炉高方向に１個以上、高さを揃えて炉周方向に埋設して、炉周方向の炉壁温度を測定し、
（ｉ-2）温度計を、炉頂部に配設して、炉頂温度を測定し、
（ii-1）測定した炉壁温度及び炉頂温度に基づいて、炉壁付着物の生成・成長、及び／又は、棚吊りの発生を判定し、
（ii-2）上記判定結果に基づいて、操業条件を変更する
ことを特徴とする竪型溶解炉の操業方法。

（３）前記羽口が、上下２段に配置されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の竪型溶解炉の操業方法。

（４）前記温度計を、炉高方向に２個又は３個埋設することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の竪型溶解炉の操業方法。

（５）前記温度計を、炉周方向に、少なくとも、４個、又は、４列以上埋設することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の竪型溶解炉の操業方法。

（６）前記炉壁温度の少なくとも１つが、（ａ）基準炉壁温度以上であるが低下傾向にあるときは、炉壁付着物が成長していると判定し、また、（ｂ）基準炉壁温度以下に低下しているときは、炉壁付着物が大きく成長していると判定し、（d1）操業条件を、付着物を溶解する操業条件に変更することを特徴とする前記（５）に記載の竪型溶解炉の操業方法。

（７）前記付着物を溶解する操業条件が、コークス比の上昇、及び／又は、ブランクコークスの投入であることを特徴とする前記（６）に記載の竪型溶解炉の操業方法。

（８）前記炉壁温度の少なくとも１つが、（ｃ）基準炉壁温度以下に低下し、かつ、前記炉頂温度が、基準炉頂温度以上であるときは、炉壁付着物が大きく成長し、棚吊りが生じていると判定し、（d2）操業条件を、減尺操業条件、又は、メルトダウン操業条件に変更することを特徴とする前記（５）に記載の竪型溶解炉の操業方法。

本発明によれば、竪型溶解炉の操業において、炉壁付着物の生成及び成長を抑制して、炉況を安定化し、棚吊りを発生させることなく、また、棚吊りを迅速に解消して、操業を継続することができる。

本発明について、図面に基づいて説明する。

図１に、竪型溶解炉の一態様を示す。竪型溶解炉１は、炉本体２、炉本体２の下部に設けた羽口６、炉本体２の上部に設けたガス吸引部４、及び、ガス吸引部４内に設けた炉頂部３で構成されている。羽口６は、通常、上段羽口６ａが、炉下部に構築されたコークスベッド８の表面直上の高さ位置に設けられ、下段羽口６ｂが、コークスベッド８内の高さ位置に設けられている。

バケット７内の原燃料１０（鉄源と固体燃料）は、炉頂部３から、炉本体２の下部のコークスベッド８上に、鉄源と固体燃料が層状に又は混合状態で堆積するように装入される。原燃料１０は、炉頂部３内の上部まで装入されて、炉頂部３が封止（マテリアルシール）される。

原燃料１０中の鉄源は、炉内を降下する間、羽口６から吹き込まれる空気中の酸素とコークス（固体燃料）との反応熱により溶解され、鉄源中の酸化鉄は、ＣＯ、固体炭素、及び、溶銑中炭素で還元される。溶解及び還元で生成した溶銑は、コークスベッド８を降下し、炉底５の貯銑滓部１１に貯留する。

炉底５の底盤上面には、出銑口９と連通する連結管１２が設けられていて、貯銑滓部１１に貯留する溶銑滓が、連結管１２を通って流れ出る。溶銑滓は、上層部の溶滓と下層部の溶銑に分離し、下層部の溶銑は、出銑口９から取り出される。

上段羽口６ａと下段羽口６ｂから送風する場合、下段羽口６ｂからは、室温又は６００℃以下の空気を吹き込み、主として、コークス（固体燃料）を燃焼させ、この燃焼熱で、鉄源を溶解する。

上段羽口６ａからは、室温の空気を吹き込み、燃焼ガス（ＣＯ₂）の一部とコークスのソルーションロス反応（吸熱反応）で生成したＣＯガスを燃焼させて、ソルーションロス反応で生じた炉内熱量の低下を補償する。

しかし、送風条件等の操業要因が変動して、鉄源を溶解する炉内熱量が急に低減したり、原燃料の降下又は堆積が乱れて、炉内ガス流に偏りが生じると、炉内における溶融高さが不均一となり、温度が低下した溶融帯の一部が凝固し始めたり、また、溶解しかけていた鉄源の一部が炉壁に付着して凝固し、付着物となる。

溶融帯の温度の不均一、及び／又は、炉内熱量の不足が続くと、付着物は成長する。付着物が成長すると、その上に鉄源が絡み合って堆積し、棚吊りが発生する。棚吊りが発生すると、炉内の通気可能部分が狭くなり、その結果、炉内ガスの上昇速度が増し、炉頂温度が急上昇する。

通常、炉頂温度を測定しているので、棚吊りの発生を検知することができるが、検知した時は、既に、棚吊りが発生しているので、検知後に、棚吊りを解消しようとして操業条件を変更しても、棚吊りの解消には、時間がかかる。

棚吊りの一因となる予兆を検知することができれば、操業条件を変更して、棚吊りの発生を抑制することができるので、本発明者らは、付着物の生成及び成長を検知することを検討した。

前述したように、上下２段羽口の場合、上段羽口からは、室温の空気を吹き込み、燃焼ガス（ＣＯ₂）の一部とコークス（Ｃ）のソルーションロス反応（吸熱反応）で生成したＣＯガスを燃焼させて、ソルーションロス反応で生じた炉内熱量の低下を補償するが、上下２段羽口を使用する操業においては、上段羽口の上部炉壁に付着物が生成し易い。

本発明者らは、付着物が生成した炉壁の温度は、当然に、周辺の炉壁の温度より低下していることに着目し、羽口上部の炉壁に温度計を埋設し、羽口上部の炉壁の温度を測定した。測定結果の一部を、炉頂温度の測定結果と併せて、図２に示す。

図２において、○印と◎印のところで、棚吊りが発生しているのであるが、炉壁温度の時間経過から、棚吊りは、（ｉ）炉壁温度が６００℃に、徐々に低下する過程、又は、（ii）６００℃以下に、急速に低下した時点で発生することが解る。なお、棚吊りによる炉頂温度の上昇が著しい、◎印のところ（図中、矢印、参照）では、一時、休風した。

このことは、棚吊りの一因となる付着物が成長するのに伴い、付着物が付着した炉壁の温度が低下することを意味している。即ち、本発明者らは、炉壁温度の推移から、棚吊り発生の予兆を検知することができることを見いだした。

本発明者らは、上記知見を踏まえ、羽口上部の炉壁の温度を、炉周方向において測定し、棚吊りの予兆を、早期に検知し、棚吊りの発生を抑制するため、温度計を、羽口より上部の炉壁内に、炉高方向に１個以上、高さを揃えて炉周方向に埋設した。

図３に、羽口上部の炉壁に温度計を埋設した一態様を示し、図４に、図３のＡ−Ａ断面でみた埋設態様を示す。

図３及び図４に示す埋設態様においては、炉周方向に等間隔で配置された、８個の下段羽口６ｂと、その直上の４個の上段羽口６ａの上部炉壁に、温度計１３ａ、１３ｂ、及び、１３ｃが、炉高方向に所定の高さ間隔で、炉周方向に埋設されている。

図３には、炉壁温度の変化を炉高方向においても測定するため、温度計を、炉高方向に三段に埋設した埋設態様を示したが、温度計の埋設は、付着物の生成及び成長を検知することができる限り、一段でもよいし、２段でもよい。検知の正確性を期すため、温度計を４段以上設けてもよい。

また、図４には、温度計１３ａ、１３ｂ、及び、１３ｃを、炉高方向１列に埋設した態様を示したが、付着物の生成及び成長を検知することができる限りにおいて、必ずしも、炉高方向１列である必要はない。

上段羽口の上部炉壁に、付着物が最も生成し易いので、温度計は、羽口と羽口の間より、上段羽口の上部炉壁に埋設するのが好ましい。ただし、温度計を埋設しようとする位置に、設備構造上の制約がある場合には、その位置を避け、他の位置に埋設する。なお、温度計の埋設位置は、基本的に、付着物の生成及び成長を検知することができる位置であればよい。

図５に、８個の下段羽口６ｂの間に、４個の上段羽口６ａを配置した竪型炉において、温度計を、羽口と羽口の間（即ち、上段羽口６ａの間で、かつ、下段羽口６ｂの間）の上部炉壁内に埋設した埋設態様を示す。

以上、２段羽口の竪型溶解炉を挙げて説明したが、本発明は、１段羽口の竪型溶解炉にも適用することができる。１段羽口の竪型溶解炉の場合、羽口は、通常、２段羽口の場合における下段羽口の高さ位置と同じ高さ位置に設けるが、温度計は、同じく、羽口より上部の炉壁に埋設すればよい。

本発明においては、測定した炉壁温度に基づいて、炉壁付着物の生成・成長を判定する。付着物は炉壁温度が低い炉壁に生成し、生成した付着物が成長すると、図２にも示したように、炉壁温度は低下していくので、炉壁温度の低下から、炉内における付着物の生成、及び、付着物の成長を、早期に把握することができる。

それ故、本発明では、基準炉壁温度を設定し、炉壁温度の低下と基準炉壁温度との対比で、炉内における付着物の生成態様、及び、付着物の成長態様を判定する。

例えば、少なくとも１つの炉壁温度が、（ａ）基準炉壁温度以上であるが低下傾向にあるときは、炉壁に生成した付着物が成長している判定し、また、（ｂ）基準炉壁温度以下に低下しているときは、炉壁付着物が大きく成長していると判定し、（d1）操業条件を、付着物を溶解する操業条件に変更する。

前記付着物を溶解する操業条件は、いずれでもよいが、コークス比の上昇、及び／又は、ブランクコークスの投入が、炉内のコークスベッド高さを上昇させて、付着物を溶解するのに有効である。その他、送風条件（送風量、酸素流量等）を変更することも有効である。

このように、上記操業条件を変更して、炉壁付着物を溶解したり、大きさを縮小したりして、棚吊りの原因を取り除く。棚吊りの原因が取り除かれたことは、炉頂温度を測定することで確認することができる。

炉内における付着物の生成態様、及び、付着物の成長態様の判定は、炉頂温度の変化を考慮して行ってもよい。この場合、基準炉頂温度を設定し、規準炉頂温度と基準炉壁温度に基づいて、付着物の生成態様、及び、付着物の成長態様の判定を行う。

例えば、少なくとも１つの炉壁温度が、（ｃ）基準炉壁温度以下に低下し、かつ、炉頂温度が、基準炉頂温度以上であるときは、炉壁付着物が大きく成長し、棚吊りが生じていると判定し、（d2）操業条件を、減尺操業条件、又は、メルトダウン操業条件に変更する。

このように、棚吊りを検知した後、操業自体を、大きく変更することにより、棚吊りを、迅速に解消することができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
仕様を表１に示す竪型溶解炉（最大出銑能力：５５ｔ／hr）で、多様な性状の鉄源を溶解、還元した。操業初期の操業条件を、表２に示す。基準炉壁温度は、６００℃とし、基準炉頂温度は１５０℃とした。

そして、炉壁温度が、６００℃以上であるが、低下傾向が１２時間以上継続する場合は、ブランクコークスを１ｔ、臨時的に投入し、炉壁温度が６００℃以下に低下した場合は、コークス比を２ｋｇ／ｔ増加して操業し、操業期間中の棚吊り休止期間を計測した。

その結果を、図６に示す。９月以降、本発明を実施したところ、月間の棚吊り休止時間は、従来の休止時間の半分（５hr／月）以下に減少した。休止時間が０の月は、炉頂温度をも考慮して、操業条件を変更した。

前述したように、本発明によれば、竪型溶解炉の操業において、炉壁付着物の生成及び成長を抑制して、炉況を安定化し、棚吊りを発生させることなく、また、棚吊りを迅速に解消して、操業を継続することができる。したがって、本発明は、鉄鋼製造業において利用可能性が大きいものである。

竪型溶解炉の一態様を示す図である。 羽口上部の炉壁の温度と、炉頂温度の時間経緯を示す図である。 羽口上部の炉壁に温度計を埋設した一態様を示す図である。 図３のＡ−Ａ断面でみた埋設態様を示す図である。 羽口上部の炉壁に温度計を埋設した別の態様を示す図である。 本発明の効果を示す図である。

符号の説明

１ 竪型溶解炉
２ 炉本体
３ 炉頂部
４ ガス吸引部
５ 炉底
６ 羽口
６ａ 上段羽口
６ｂ 下段羽口
７ バケット
８ コークスベッド
９ 出銑口
１０ 原燃料（鉄源、固体燃料）
１１ 貯銑滓部
１２ 連通管

Claims (8)

1. 高炉用コークスを配合した固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、
   （ｉ-1）温度計を、羽口より上部の炉壁内に、炉高方向に１個以上、高さを揃えて炉周方向に埋設して、炉周方向の炉壁温度を測定し、
   （ii-1）測定した炉壁温度に基づいて、炉壁付着物の生成・成長を判定し、
   （ii-2）判定結果に基づいて、操業条件を変更する
   ことを特徴とする竪型溶解炉の操業方法。
2. 高炉用コークスを配合した固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、
   （ｉ-1）温度計を、羽口より上部の炉壁内に、炉高方向に１個以上、高さを揃えて炉周方向に埋設して、炉周方向の炉壁温度を測定し、
   （ｉ-2）温度計を、炉頂部に配設して、炉頂温度を測定し、
   （ii-1）測定した炉壁温度及び炉頂温度に基づいて、炉壁付着物の生成・成長、及び／又は、棚吊りの発生を判定し、
   （ii-2）上記判定結果に基づいて、操業条件を変更する
   ことを特徴とする竪型溶解炉の操業方法。
3. 前記羽口が、上下２段に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型溶解炉の操業方法。
4. 前記温度計を、炉高方向に２個又は３個埋設することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の竪型溶解炉の操業方法。
5. 前記温度計を、炉周方向に、少なくとも、４個、又は、４列以上埋設することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の竪型溶解炉の操業方法。
6. 前記炉壁温度の少なくとも１つが、（ａ）基準炉壁温度以上であるが低下傾向にあるときは、炉壁付着物が成長していると判定し、また、（ｂ）基準炉壁温度以下に低下しているときは、炉壁付着物が大きく成長していると判定し、（d1）操業条件を、付着物を溶解する操業条件に変更することを特徴とする請求項５に記載の竪型溶解炉の操業方法。
7. 前記付着物を溶解する操業条件が、コークス比の上昇、及び／又は、ブランクコークスの投入であることを特徴とする請求項６に記載の竪型溶解炉の操業方法。
8. 前記炉壁温度の少なくとも１つが、（ｃ）基準炉壁温度以下に低下し、かつ、前記炉頂温度が、基準炉頂温度以上であるときは、炉壁付着物が大きく成長し、棚吊りが生じていると判定し、（d2）操業条件を、減尺操業条件、又は、メルトダウン操業条件に変更することを特徴とする請求項５に記載の竪型溶解炉の操業方法。

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